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Neuroscience

昆虫控制的机器人:移动机器人平台来评估昆虫的气味跟踪能力

doi: 10.3791/54802 Published: December 19, 2016

Summary

本地化气味源的能力是必要的昆虫存活和预计适用于人工气味跟踪。昆虫控制机器人由一个实际silkmoth驱动,使我们可以通过一个机器人平台,以评估昆虫气味跟踪能力。

Protocol

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1.实验动物

  1. 准备一个塑料盒,以保持公silkmoths的蛹( 桑蚕 ),直到他们的羽化。在底部放纸巾和纸板件周围的框( 图1A)的内壁。
    注:纸板的作品是必要的成蛾,同时羽化( 图1A)在扩大自己的翅膀举行。
  2. 在框中放入雄silkmoth( 家蚕铁道部 I)蛹,并让他们在一个孵化器,直到羽化16小时下:8小时光照:黑暗周期为25℃。
    注:雌雄蛹可以通过在腹部( 图1B)的标志性受到歧视。
  3. 收集成年雄蛾羽化后并将其移动到一个新的框。
  4. 保持成年蛾在培养箱16小时以下:8小时光照:黑暗周期和降低温度至15℃,实验前,以减少它们的活性。

2.拴系Silkmoth

  1. 附件制造的圈养( 图2A)
    注意:该附件包括在其前端的薄塑料片的带材的铜导线。这确保行走( 图2B)期间胸廓的背腹运动。
    1. 制备薄塑料片的带材,2×40毫米(厚度:0.1 MM),并在中间折叠。
    2. 折叠条附加到铜线用粘合剂的尖端。
    3. 弯,其中一个silkmoth的胸部附着在折叠条带的前端。
  2. 在光照期为实验用成蛾(2-8天)。
    注意:对信息素的敏感性强烈依赖于生物钟18。因为家蚕是一昼夜蛾,必须在光周期地进行实验。
  3. 轻轻卸下DOR所有尺度采用了一块湿纸巾(或棉签)的SAL胸部(胸背板),并暴露胸背板( 图2C)的角质层。
  4. 在塑料上附着的带和暴露胸背板有小的平口螺丝刀表面上粘贴粘合剂,等待5-10分钟直至粘合剂不再粘。
    注:粘合剂应不能触及机翼铰链或前翅tegulae( 图2C)。
  5. 粘接胸背板附件。
  6. 请把它放在机器人的驾驶舱内前拴的飞蛾。持在支架上附着并把一张纸下的双腿休息的飞蛾。

3.昆虫控制机器人

  1. 设计基于以前的作品16,17,19昆虫控制机器人的硬件。
    注意:昆虫控制机器人包括一个空气支撑的跑步机带的光学鼠标传感器capturE中的昆虫运动,定制基于AVR的微板用于处理和马达控制,和两个直流无刷电机( 图34)。机器人可以在200毫秒的时间延迟内用96%的精度或更高的球转动的基础上运行。它也保证期间信息素跟踪行为16的最大前进速度的silkmoth的流动性(24.8毫米/秒)和角速度(96.3°/秒)。跑步机( 图5A)和气味输送系统( 图5B)的气流被设计用于板载蛾顺利走在球和通过两个天线获得的气味。跑步机的进气口和流路是从那些气味输送系统分开,以避免信息素的污染。
  2. 设计基于以前的作品16板载微控制器的软件。
    注:板载微控制器计算Ť他从用光学传感器测量的昆虫移动机器人的运动(旋转,ΔX;平移,Δÿ; 图6)。行驶距离(ΔL)和打开每机器人的单位时间的角度(Δθ)的每个轮子(左,ΔL L;,ΔL R)的行进距离的基础上计算,如ΔL =(Δ L L +ΔL R)/ 2和Δθ=(ΔL L - ΔL R)/ D ,其中D 是两个轮(120 MM)之间的距离。 ΔL L,ΔL R中进一步描述为ΔL L x,L大号 Y,L,ΔL R x,R大号 Y,R,其中Δ x,L </子>,Δ x,R是车轮上的左,右两侧通过Δ 点¯x控制的移动距离,和Δ 大号 Y,L,Δ 大号 Y,R是那些由Δý控制。理想的情况下,Δ x,L和Δ x,R被描述为Δ x,L =-Δ x,R = 的X(D 车轮 / D ),和Δ 大号 Y,L,Δ 大号 ÿ中,R被描述为Δ 大号 Y,L大号 Y,R = GΔy,其中G是马达增益和D 的球是球(50毫米)的直径。在实践中,电动机增益独立地由每个侧(左或右轮)和每个方向(向前或向后旋转),以便校准所述机器人运动设置。独立涨势进一步允许不对称马达旋转,以产生所述机器人的转动偏置设置(见步骤6.1)。
  3. 与水以除去任何可能的嗅觉或视觉提示:;:洗白色发泡聚苯乙烯球的表面(50毫米质量直径约2克)。
    注意:一个新的球的表面应以细砂纸,如P400,这确保对球腿的把手进行粗化处理。
  4. 打开送风风扇,在9伏供应空气到跑步机和漂浮球( 图5A)。观察球从杯底上浮约2毫米。
  5. 使用螺钉,附加与蛾附件的铜丝(见步骤2),以在所述机器人的座舱夹具(参见图3插图)。确保中间腿的位置是在球( 图7A)的中心。
  6. 调整附件的垂直位置,以使蛾对将b正常走路所有。保持球在相同的高度之前和附加蛾( 图7B)之后。
    注意:该附件的太低位置增加对蛾压力和引发向后行走来抵抗压力( 图7C),而过高的位置会导致不稳定的步行和传感器的故障是由于在垂直位置的变化球( 图7D)。要检查正常行走的行为,单膨化信息素的刺激被用来触发走在蛾(为信息素的刺激,见第4步)。请注意,由于以前接触过bombykol habituates silkmoths并降低其灵敏度(松山和神崎,未公布数据)测试刺激必须是最小的。

4.气味源的制备

注:家蚕是对同种雌性性信息素的主要成分敏感(bombykol:(E,Z)-10,12-hexadecadien -1-醇)

  1. 在一张滤纸(约10mm×10mm)的的滴10微升溶解在正己烷(200毫微克/微升)的bombykol溶液。每一片滤纸bombykol的量为2000毫微克。
    注意:要检查蛾的正常行走的行为,在此步骤中准备一个信息素的刺激盒。盒是一个玻璃巴斯德吸管用含有2000纳克bombykol之一一张滤纸。推球的喷着空气含bombykol。

5.气味源定位实验

  1. 打开一个拉出空气型风洞(1800×900×300毫米,长×宽×高; 图8)的风扇并设置风速至0.7米/秒。确保该温度超过20℃。
  2. 设置臭味源(在p含bombykol风洞的上游滤纸)的IECE。
    注意:羽宽度应在实验前,通过使用氯化钛17,19来确认。
  3. 打开机器人的微控制器板和建立通过蓝牙到PC的串行连接。
  4. 发射被称为“生物信号”,它提供了在PC和机器人之间的界面的定制的Java程序。
    注意:主窗口包括用于发送命令给机器人的按钮,用于显示输入和串行通信的输出,并且小箱配置参数文本窗口。随后的命令是通过点击相应的按钮,在这个程序中,除了视频捕捉发送。
  5. 点击“关于设备”按钮,以确认通过指定的COM口机器人发送命令连接,并检查该消息是由机器人返回。
  6. 点击“备忘录RY擦除“按钮,清除遗留在板载闪存先前的运动数据。
  7. 点击“drivemode1”按钮发送默认马达收益的机器人。
    注意:电机增益和昆虫运动和机器人的运动之间的时间延迟的操作应用此步骤之后(参见步骤6.1和6.3, 图9)。
  8. 点击“不开车”按钮发送一个命令,直到实验开始固定机器人。
  9. 把机器人在起始位置(从气味源600毫米下游),转动马达驱动板的开关。
  10. 按下摄像机的录制按钮开始视频拍摄。
  11. 点击“REC START”按钮,开始命令发送与板载闪存球旋转的同时记录来启动机器人。观察,该机器人开始移动并跟踪气味羽。
  12. 点击“停止录像”和“不开车”按钮发送命令,如果机器人本地化气味源同时停止机器人的运动和记录。
  13. 按下摄像机的录制按钮停止视频拍摄。
  14. 下载通过串行连接从板载闪存到计算机记录运动数据。关闭程序。

6.操纵昆虫控制机器人

注:各操作的定时图9中被指示。

  1. 马达收益操纵
    注意:此操作改变机器人的平移和旋转速度。不对称马达收益产生转动偏置,其可用于研究昆虫如何补偿的偏置17。
    1. 限定通过编辑日为前向和每边17( 图6B)的马达的反向旋转的旋转增益Ë配置文件命名为“param2.txt”使用文本编辑器。
    2. 点击“设置参数2”读取软件程序的编辑过的配置文件。然后,点击“drivemode2”送操纵收益的机器人。
  2. 电动机输出的反转
    注意:此操作提供类似于双边嗅觉输入的反转的状态(参见步骤6.4),并且可以用于研究双边嗅觉的意义。然而,电机的输出的反转也反转板载蛾的自感应视觉运动。倒自感应视觉输入的影响,可以通过与倒置嗅觉输入19进行比较来评价。
    1. 通过横渡控制电缆每个电机反转双边电机控制。
  3. 昆虫运动和机器人的运动之间的时间延迟的操纵。
    注:此操作允许用在感觉运动处理机器人气味跟踪的时间段接受的调查。微控制器存储关于缓冲存储器的运动的数据,然后在指定的时间延迟后进行处理。注意,该机器人具有200毫秒的最大内部时间延迟;因此,实际的时间延迟预计将在指定的时间延迟加上200毫秒16,17。
    1. 在主窗口的一个小盒子输入一个数字(0-10),以指定从0-1,000毫秒,在100毫秒的步骤的时间延迟。
    2. 点击“设置延时”按钮应用的时间延迟。
  4. 嗅觉输入的操纵。
    注意:此操作可用于研究双边嗅觉输入的重要性。 silkmoths的浪涌方向施力的较高浓度侧22。
    1. 改变吸管尖端之间的间隙或反转它们的位置来改变在由每个天线获取的气味浓度差。
  5. 视觉输入的操作
    注意:此操作是调查视觉输入的对气味的跟踪作用。
    1. 覆盖一个白皮书,分别闭塞板载蛾的水平和垂直视场的105°和90°,遮篷。

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Representative Results

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我们在座的一个气味源的成功国产化所需的昆虫控制机器人的基本特征。机器人和silkmoths,气味递送系统的有效性,并准确双边嗅觉和视觉输入的重要性之间的比较被检查。

气味跟踪行为自如行走蛾和昆虫控制机器人之间的比较示于图10AB.在相同气味的情况下,无论是行走蛾和机器人拿下100%的成功率(步行蛾,10次试验由N = 10飞蛾;机器人,7项由N = 7飞蛾)。虽然机器人相比,那些行走飞蛾展出更广泛的轨迹,有在规定的时间步行飞蛾和机器人之间的定位没有显著差异(P2; 0.05,Wilcoxon秩和检验;蛾,中位数= 46.5秒,IQR = 36.7,69.6;机器人,中位数= 48.1秒,IQR = 44.9,61.9)。

气味输送系统( 图5B)是必要的供给地板附近的加臭剂流动到板载蛾的触角设置在地板90以上毫米。如果没有这个系统(吸痰管,风扇和树冠),机器人不能向着气味源定位和持续盘旋,直到它停止(所有10项试验由N = 5飞蛾失败, 图10C)。根据编程silkmoth行为,连续盘旋是当silkmoth失败取向21,22中以接触信息素的典型行为。

图11显示了代表性的结果证明了机器人的操作。气味追踪双边嗅觉输入的有效性evaluat通过改变管的提示(步骤6.4)的位置或通过反转电动机输出(步骤6.2)编的100%的机器人取得成功率与左,右管之间的两个不同的间隙(宽间隙[控制,90毫米,10个试验用N = 10蛾;窄的间隙20毫米,10个试验用N = 10蛾; 11A,B),并有在时这两个管的位置(P> 0.05,钢的试验之间的定位无显著差异; 图11E)。在另一方面,管提示的反转(每个天线接收到对侧,管缺口= 90毫米气味)扩大沿侧风方向轨迹和时间本地化位数略有上升,虽然没有显著差异( P> 0.05,钢的试验; 11C,E)。电动机输出的反转提供了类似的情况作为反相olfactoRY输入;此外,它也反转由板载蛾接收的自感应视觉运动。由于倒负视觉反馈( 正反馈),机器人继续盘旋,甚至在气味羽( 图11D),其中显著延长了时间,本地化(P <0.01,钢的试验; 图11E)。反相嗅觉输入(C)和反向电动机输出(D)的成功率分别为80%(10次试验用N = 10蛾)和90.9%(11个试验由11蛾),。感觉运动控制在silkmoths的详细讨论在以前的工作19说明。

图1
图1.存储silkmoth蛹。 (A)男蛹都存储在一个塑料盒(左)。成年蛾保持周围b的内壁的纸板羽化(右)在牛。蛹( )性别标记。每个箭头表示对雄性的第九腹段并且与在阴的第八腹段的腹侧罚款,纵行的“X”标记的腹侧一个小点。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2
图2.拴系silkmoth。 (A)用于拴系silkmoth附件的研制。这三个步骤是在2.1.1(见文)描述2.1.3。薄塑料片材的两折片被连接在铜线,其吸收背腹运动的前端(参见图2B)的胸背板的行走过程。线的其他的,弯曲的前端为handliNG。 (B)的信息素跟踪期间silkmoth的更高和更低的态度(见股骨和前腿[箭头]的胫骨之间的角度)。 (C)在中胸背板鳞的去除(由箭头表示)。左和右图像分别显示之前和之后的去除鳞,。前翅tegulae完好(由虚线包围)。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3
图3.昆虫控制机器人。插图示出了座舱的放大图。 (1)在跑步机上(空中支持的球,见插图)栓系silkmoth,(2)两个风扇为采取提供的气味蛾(风速0.5米/秒),(3)吸气管气味,(4)的直流电动机和磨片ELS,(5)的微控制器板,(6)的吸气用于向球供给空气,(7),用于离线视频跟踪标记分析,(8)的两个LED,以保持在驾驶舱(280 LX)恒定光照,(9 ),用于圈养的silkmoth,和(10)的配件的固定装置的附件。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4
图4.硬件框图。在跑步机的空气支承球的旋转,通过用在1.5 kHz的取样速率为0.254 mm的分辨率的光学鼠标传感器测量。微控制器计算从所述传感器输出的silkmoth的轨迹和在左侧和右侧控制的两个直流电动机。马达由脉冲宽度调制在1kHz驱动,具有位置反馈从内置霍尔传感器。光传感器输出( 即,板载蛾的行为)被存储在在5赫兹的采样速率板载闪存(8兆比特)。这些数据被用于比较与机器人的动作板载蛾的行为。一计算机(PC)和机器人之间的无线通信是通过蓝牙,这是仅用于发送命令来启动和停止所述机器人或操纵机器人的马达特性来实现的。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5
图5.气流设计的跑步机和气味输送系统。 (A)的气流,支持跑步机的球。的空气用的鼓风机发从驾驶舱后面的进气取N;然后它通过一个通道流入并从上一个特制的玻璃钢杯(插图)的小孔(直径1毫米)吹灭。由一个红色矩形包围的杯的顶视图中示出在插图。红色箭头表示气流;白色箭头,LED发射的光传感器;而黑色的箭头,小孔的杯子。 (B)的臭味递送系统的气流。含有信息素的空气从在每一侧的柔性聚乙烯管,用在树冠隔板分开的前端吸引,并交付给天线同侧。在每一侧气流由红色或蓝色箭头指示。这个数字已经从安藤和神崎19修改。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6
图6.计算昆虫运动机器人的运动。 )机器人(ΔL)和车轮运动的示意图(左,ΔL L和右,ΔL R)。 Δθ,打开机器人的角度。 (B)中的参数进行计算。 ΔxΔy表示一个球的旋转和平移运动(一个正值指示顺时针或向前方向); D BALL,球的直径; ð 轮子 ,轮子之间的距离; ģFW,LG 的BW,L向前(FW)或左车轮(L)的向后(BW)旋转的马达收益; ģFW,RG 的BW,R向前或右轮的(R)向后旋转的马达增益。 请点击她的E要查看此图的放大版本。

图7
图7.在跑步机上栓系蛾的位置调整。 (A)在球拴蛾的横向视图。中间腿应放在球(黑色箭头)的顶部。 ( )蛾的适当垂直位置。蛾后面的光学传感器朝向球的中心。正常前进行走顺时针旋转球(从左侧看)。 (C)的垂直位置太低(向下箭头)。该silkmoth扩展前肢抵抗压力和落后的旋转球(逆时针旋转)。 (D)的垂直位置太高(向上箭头)。蛾持有球和升降机它。虽然蛾可以执行向前走在这种情况下,23 请点击此处查看该图的放大版本。

图8
图8.风洞。空气过滤用网板(红色箭头);它随后进入一个摄像机,1500(L)×900(宽)mm的记录区域。气味源置于记录区域的上游和信息素污染空气由风扇(蓝色箭头)耗尽之外。风洞作出挤塑聚苯乙烯泡沫塑料的。天花板为透明的压克力板,和地板是橡胶垫,以避免该机器人车轮打滑。气味源W¯¯作为放置在侧风的位置和顺风从网格面板250毫米的中心。 请点击此处查看该图的放大版本。

图9
图9.在协议机器人的操作的时序。 请点击此处查看该图的放大版本。

图10
图10.气味源定位测试。每个面板显示silkmoths的轨迹(A;从Ando 17个数据; 10个试验用N = 10飞蛾),昆虫控制机器人( N = 7蛾),以及所述机器人没有气味输送系统(C:10次试验以N = 5蛾)。飞蛾或机器人开始从气味源(十字标记,一块含有2000纳克bombykol的滤纸)600毫米顺风(箭头)。用最短的或已采取本地化的时间最长的试验分别表示为红线和蓝线。其他试验取得成功是灰色的,而失败的试验是绿色的。圆圈表示在本地化判断成功的目标区域。球门区的半径是在机器人的大小,相当于板载蛾和气味源17之间的最近距离的基础上定义的。箭头指示风向(风速:0.7米/秒),和虚线表示的信息素羽流的边界。 请点击此处查看大图版本这个数字。

图11
图11.嗅觉输入的操作和电动机的输出。每个面板显示机械手(板载蛾的位置)与宽筒间隙的成功轨迹(A;控制90毫米,全部成功10次试验由N = 10飞蛾),一个狭窄的缝隙(B;20毫米,成功地在所有10个试验用N = 10蛾),一个倒置的宽管间隙(C;成功8 10的试验中,N = 10蛾),和一个宽管间隙与反向电动机输出(D;成功地11个试验10,N = 11飞蛾)。通过一块含有2000纳克bombykol的滤纸的重复空气抽吸从该十字标记释放。与机器人的灰色和白色箭头指示双边嗅觉输入和摩托车的方向R输出。其它实验条件与图的描述是相同的, 如图10。 )及时向四个条件(AD)下,机器人的定位。个别数据汇总于一个框图。框的左侧和右侧表示的第一和第三四分位数,而栏表示的中位数。晶须表示1.5×四分范围。星号表示从控制数据(A)一种显著差异,根据钢的试验(** P <0.01)。 请点击此处查看该图的放大版本。

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Discussion

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用于通过silkmoth机器人的成功控制的最重要的点是让蛾行走顺畅的空气支撑球和稳定地测量球的旋转。因此,圈养的silkmoth并在适当的位置将其安装在球在此协议中的关键步骤。蛾到附件或球上的蛾不适当定位不当粘附将导致在其上不自然的压力,这扰乱它的正常行走行为和/或引起该光学传感器的故障来测量球的旋转。粗糙化的聚苯乙烯球也很重要,以防止蛾打滑。系留蛾的响应的移动来刺激气味和随后的机器人的运动应之前的气味跟踪试验(见步骤3.6)进行仔细检查。

使用较大的球的更好,因为它降低了跑步机的曲率,它提供了一个近对于昆虫腿平面。相比在常规跑步机设置用于silkmoths这里使用的50毫米直径的球是相对较小(直径:75毫米)24。然而,更大的(和更重的)球必须小心使用,因为球的惯性是不是在机器人的运动可以忽略不计。如果板载蛾不能由它的腿限制在机器人运动的球的惯性力引起的转动,机器人连续地振荡,而不受蛾任何行走。当实验者考虑使用其它昆虫物种的,因此,球大小应其腿夹具以及它们的大小的强度的基础上选择的。在气味源定位,实验者还应该检查的行为蛾是否板载蛾顺利走在球和机器人快速响应的移动蛾。当它接收到来自附件(一个过于低的位置的压力太大的silkmoth呈现向后走,见图5B)前面的分区前肢重复动作。机器人昆虫运动的差的响应是由于不适当的球的位置或电池的(大约30分钟最后的电池)耗尽。

昆虫控制机器人的局限性在于板载蛾下不自然的情况下肯定位于。跑步机,气味输送系统,以及座舱的90毫米高度提供从那些通过自由地行走蛾获取不同的感觉信息(mechanosensory,嗅觉,和视觉)。当我们比较与那些可自由漫步silkmoths的昆虫控制机器人的行为,这些差异变得越来越明显。例如,虽然机器人自如行走silkmoths之间观察到的气味源定位相同的性能的同时,对第r的轨迹obot是沿侧风方向疏,而那些自由行走silkmoths融合,因为他们达到了气味源,根据羽宽度的减小( 10A,B)的。这种差异只是由于不同大小的机器人和飞蛾。具体地,车载蛾和管头之间的距离来确定用于搜索加臭剂的范围内;因此,较大的距离(机器人:100毫米;蛾:从胸部到天线顶端约10mm)使所述机器人以激活外连羽。此外,在树冠蛾不能接收来自外部环境风向。虽然气味跟踪风向的意义尚未在silkmoths 22测定,使用流动方向是在其他生物体5,6-气味跟踪的基本策略。因为由气味输送系统产生的施加气流,也难以考虑到“主动感知”,如产生气流,并有助于在silkmoths 25气味接待扑翼的效果。由于这些限制,如果实验者使用此技术来探讨使用多个模态的,应当讨论是否通过这些机器人实验中获得的结果可在自然条件19被应用到完整的昆虫。

昆虫控制机器人满足三个要求昆虫的气味跟踪能力的评估:1)昆虫电机直接连接命令机器人控制在一个真正的气味羽,2)测试,和3)使昆虫的操纵感觉运动系统。首先,关于昆虫和机器人,用于控制机器人的使用神经信号的之间的界面,如脑机接口26,是一种替代技术。对昆虫有几项研究使用共同的神经信号或肌电机器人和闭环反馈的回路ntrol 27-30。然而,这种方法需要的神经信号的解码以提取有意义电机命令,这是在神经科学的重要和正在进行的研究的主题。因此,使用的昆虫为机器人控制的实际行走行为是接口昆虫的运动指令的机器人的直接和简单的方法。第二,关于在该机器人的行为的环境中,使用虚拟现实的将是一种替代13,31-33。虚拟现实使我们下更多控制的情况下,进行行为实验和是最成功的在视觉的研究中,在那里空气支承跑步机已被用于跟踪的视觉情况24,34-36动物运动和生成。但是,关闭的嗅觉信息的反馈环路在技术上是困难的,因为它需要精确的流量控制。虽然光遗传学的应用激活嗅觉受体ñeurons 37-40将克服在嗅觉虚拟现实的限制,在一个真正的气味羽使用移动机器人的将是一个可靠的方式来建立嗅觉目前闭环。最后,关于昆虫的感觉运动系统的操作,各种途径将是昆虫的手术操作( 即,切割或覆盖感觉器官或附属物41)。然而,我们的机器人操作(步骤6和图11)是一种非侵入性的和可逆的方式来改变昆虫的感觉运动系统,由机器人平台19的操纵来实现,以及各种参数的可控性的机器人能够我们测试其在不同情况下的表现。

昆虫控制机器人具有面向未来应用的两个主要方向。第一方向为工程。正如昆虫感觉运动系统中,我控制的自主机器人NSECT控制机器人将用于与生物模型中实现的移动机器人,从简化Braitenberg车辆42到大规模的神经网络的参考。昆虫控制机器人也将是用于测试与昆虫气味跟踪其他方式,诸如相机的执行和算法避免碰撞探索无碰撞臭味跟踪算法的可能组合的有用的平台。此外,机器人性能的微调可以改善臭味跟踪性能比完整昆虫更好。昆虫能力的这种平移会导致在实际使用这种机器人本身的查找有害物质,如果我们模仿转基因silkmoths 43,在靶材料以特性的化学物质反应。在另一方面,昆虫控制机器人也将提高一个重要的问题:我们应该如何使用仿生算法对于超出迪菲机器人应用昆虫和机器人之间伦斯?例如,昆虫嗅觉受体必须获得臭气浓度44-46,这是负责昆虫嗅觉处理和气味源定位的高速时空动态的能力出众,但都远远超出传统的气体传感器4,29的能力, 47。如何修改仿生算法满足也应该探讨作为未来方向的机器人的感官能力。另外一个主要的方向肯定是生物学。昆虫控制的机器人可以被视为一个闭环实验平台。此外,机器人操作,非侵入性的方式来改变昆虫的感觉运动的关系,将进一步应用到调查小虫子大脑如何反应,学习和适应新的情况。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Male adult silkmoth (Bombyx mori) Rear from eggs, or purchase as pupae.
Incubator Panasonic MIR-254 Store pupae or adult silkmoths at a constant temperature, 238 L.
Plastic box Sunplatec O-3 Store pupae or adult silkmoths, 299 × 224 × 62 mm L × W × H.
Copper wire 2-mm diameter for the attachment. Any rigid bar can be used as an alternative for making the attachment to tether a silkmoth. 
Plastic sheet Kokuyo VF-1420N Sold as overhead projector film with thickness of 0.1 mm. Use at the tip of the attachment.
Forceps As one 5SA Remove scales on the thorax.
Adhesive Konishi G17 Bond a silkmoth to the attachment.
Insect-controlled robot Custom Bearing an air-supported treadmill, an optical sensor, custom-built AVR-based microcontroller boards, and two DC brushless motors. It is powered by 8 × AA and 3 × 006P batteries.
Microcontroller Atmel ATMEGA8 A component of the insect-controlled robot.
DC blower Nidec A34342-55 A component of the insect-controlled robot for floating a ball in an air-supported treadmill. 
DC fan Minebea 1606KL-04W-B50 A component of the insect-controlled robot for suctioning air containing an odor.
Optical mouse sensor Agilent technologies HDNS-2000 A component of the insect-controlled robot, obtained from an optical mouse (M-GUWSRSV, Elecom, Japan).
Brushless motor Maxon EC-45 A component of the insect-controlled robot for driving a wheel.
White polystyrene ball A component of the insect-controlled robot. Diameter 50 mm, mass approximately 2 g.
Bombykol:
(E,Z)-10,12-hexadecadien-1-ol
Shin-Etsu chemical Custom synthesis.
n-hexane Wako 085-00416 Solvent for bombykol.
Wind tunnel Custom Pulling-air type, sized 1,800 × 900 × 300 mm L × W × H.
BioSignal program Custom A program to establish serial communication between the insect-controlled robot and a PC via Bluetooth. Used for sending commands to start/stop the robot or configuring its motor properties. 
Camcorder Sony HDR-XR520V Capture robot movements.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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昆虫控制的机器人:移动机器人平台来评估昆虫的气味跟踪能力
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Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R. Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect. J. Vis. Exp. (118), e54802, doi:10.3791/54802 (2016).More

Ando, N., Emoto, S., Kanzaki, R. Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect. J. Vis. Exp. (118), e54802, doi:10.3791/54802 (2016).

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