Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Construction d’un moulin de vol amélioré pour l’étude du vol d’insectes attachés

Published: March 10, 2021 doi: 10.3791/62171
Automatic Translation
1
1Department of Ecology and Evolution, University of Chicago

Summary

Ce protocole utilise des imprimantes tridimensionnelles (3D) et des découpeuses laser trouvées dans les makerspaces afin de créer une conception de fraise de vol plus flexible. En utilisant cette technologie, les chercheurs peuvent réduire les coûts, améliorer la flexibilité de la conception et générer des travaux reproductibles lors de la construction de leurs usines de vol pour les études de vol d’insectes attachés.

Abstract

Les makerspaces ont un fort potentiel pour permettre aux chercheurs de développer de nouvelles techniques et de travailler avec de nouvelles espèces dans la recherche écologique. Ce protocole montre comment tirer parti de la technologie trouvée dans les makerspaces afin de construire un moulin de vol plus polyvalent pour un coût relativement faible. Étant donné que cette étude a extrait son prototype des usines de vol construites au cours de la dernière décennie, ce protocole se concentre davantage sur la description des divergences faites à partir de l’usine de vol simple et moderne. Des études antérieures ont déjà montré à quel point les fraises de vol sont avantageuses pour mesurer des paramètres de vol tels que la vitesse, la distance ou la périodicité. De tels moulins ont permis aux chercheurs d’associer ces paramètres à des facteurs morphologiques, physiologiques ou génétiques. En plus de ces avantages, cette étude discute des avantages de l’utilisation de la technologie dans les makerspaces, comme les imprimantes 3D et les découpeuses laser, afin de construire une conception de broyeur de vol plus flexible, robuste et pliable. Plus particulièrement, les composants imprimés en 3D de cette conception permettent à l’utilisateur de tester des insectes de différentes tailles en rendant réglables les hauteurs du bras du moulin et des capteurs infrarouges (IR). Les impressions 3D permettent également à l’utilisateur de démonter facilement la machine pour un stockage rapide ou un transport sur le terrain. De plus, cette étude utilise davantage les aimants et la peinture magnétique pour attacher les insectes avec un minimum de stress. Enfin, ce protocole détaille une analyse polyvalente des données de vol grâce à des scripts informatiques qui séparent et analysent efficacement les essais en vol différentiables en un seul enregistrement. Bien que plus exigeant en main-d’œuvre, l’application des outils disponibles dans les makerspaces et sur les programmes de modélisation 3D en ligne facilite les pratiques multidisciplinaires et axées sur les processus et aide les chercheurs à éviter les produits préfabriqués coûteux aux dimensions étroitement réglables. En tirant parti de la flexibilité et de la reproductibilité de la technologie dans les makerspaces, ce protocole favorise la conception créative de moulins de vol et inspire la science ouverte.

Introduction

Compte tenu de l’insoluble dispersion des insectes sur le terrain, le moulin à vol est devenu un outil de laboratoire commun pour traiter un phénomène écologique important - la façon dont les insectes se déplacent. En conséquence, depuis que les pionniers de l’usine de vol1, 2,3, 4ont inauguré six décennies de conception et de construction de laminoir de vol, il y a eu des changements de conception notables à mesure que les technologies s’amélioraient et s’intégraient davantage dans les communautés scientifiques. Au fil du temps, les logiciels automatisés de collecte de données ont remplacé les enregistreurs de cartes et les bras d’aérophilie sont passés des tiges de verre aux tiges de carbone et aux tubes en acier5. Au cours de la dernière décennie seulement, les roulements magnétiques ont remplacé les roulements en téflon ou en verre comme étant parfaitement sans friction, et les paires entre les machines de laminoir volante et la technologie polyvalente ont proliféré à mesure que la technologie de fabrication audio, visuelle et de couches s’intègre de plus en plus dans les flux de travail des chercheurs. Ces paires ont inclus des caméras vidéo à grande vitesse pour mesurer l’aérodynamique des ailes6,des cartes numériques à analogiques pour imiter les signaux sensoriels pour étudier les réponses de vol auditives7,et l’impression 3D pour fabriquer une plate-forme d’étalonnage pour suivre la déformation des ailes pendant le vol8. Avec l’essor récent des technologies émergentes dans les makerspaces, en particulier dans les institutions dotées de centres de médias numériques gérés par un personnel compétent9, il existe de plus grandes possibilités d’améliorer l’usine de vol pour tester une plus grande gamme d’insectes et transporter l’appareil sur le terrain. Il existe également un fort potentiel pour les chercheurs de franchir les frontières disciplinaires et d’accélérer l’apprentissage technique grâce à des travaux basés sur la production9,10,11,12. Le moulin de vol présenté ici (adapté d’Attisano et de ses collègues13)tire parti des technologies émergentes trouvées dans les makerspaces pour non seulement 1) créer des composants de fraises volantes dont les échelles et les dimensions sont adaptées au projet en cours, mais aussi 2) offrir aux chercheurs un protocole accessible en découpe laser et impression 3D sans exiger un budget élevé ou des connaissances spécialisées en conception assistée par ordinateur (CAO).

Les avantages de l’accouplement de nouvelles technologies et méthodes avec le broyeur volant sont considérables, mais les broyeurs volants sont également des machines autonomes précieuses. Les usines de vol mesurent les performances de vol des insectes et sont utilisées pour déterminer comment la vitesse, la distance ou la périodicité du vol sont liées à des facteurs environnementaux ou écologiques, tels que la température, l’humidité relative, la saison, la plante hôte, la masse corporelle, les traits morphologiques, l’âge et l’activité de reproduction. Distinct des méthodes alternatives telles que les actographes, les tapis roulants et l’enregistrement vidéo des mouvements de vol dans les souffleries et les arènes intérieures14,le moulin de vol se distingue par sa capacité à collecter diverses statistiques de performance de vol dans des conditions de laboratoire. Cela aide les écologistes à aborder des questions importantes sur la dispersion des vols, et cela les aide à progresser dans leur discipline - qu’il s’agisse de la lutte intégrée contre les ravageurs15,16,17, de la dynamique des populations, de la génétique, de la biogéographie, des stratégies de cycle biologique18, ou de la plasticité phénotypique19,20,21,22 . D’autre part, les appareils tels que les caméras à grande vitesse et les actographes peuvent nécessiter une configuration stricte, compliquée et coûteuse, mais ils peuvent également conduire à des paramètres de mouvement plus affinés, tels que les fréquences de battement d’ailes et l’activité de photophase des insectes23,24. Ainsi, le moulin de vol présenté ici sert d’option flexible, abordable et personnalisable pour les chercheurs afin d’étudier le comportement de vol.

De même, l’incitation à intégrer les technologies émergentes dans le flux de travail des écologistes continue de croître à mesure que les questions et les approches de l’étude de la dispersion deviennent plus créatives et complexes. En tant que lieux favorisant l’innovation, les makerspaces attirent de multiples niveaux d’expertise et offrent une courbe d’apprentissage faible aux utilisateurs de tout âge pour acquérir de nouvelles compétences techniques10,12. La nature itérative et collaborative du prototypage de dispositifs scientifiques dans le makerspace et par le biais de sources ouvertes en ligne peut accélérer l’application de la théorie11 et faciliter le développement de produits dans les sciences écologiques. En outre, l’augmentation de la reproductibilité des outils scientifiques encouragera une collecte de données plus large et une science ouverte. Cela peut aider les chercheurs à normaliser l’équipement ou les méthodes de mesure de la dispersion. La normalisation des outils pourrait en outre permettre aux écologistes d’unifier les données de dispersion entre les populations afin de tester des modèles de métapopulation qui se développent à partir de noyaux de dispersion25 ou de dynamique de colonisation source-puits26. Tout comme la communauté médicale adopte l’impression 3D pour les soins aux patients et l’éducation à l’anatomie27,les écologistes peuvent utiliser des découpeuses laser et des imprimantes 3D pour repenser les outils écologiques et l’éducation et, dans le cadre de cette étude, peuvent concevoir des composants de fraises de vol supplémentaires, tels que des plates-formes d’atterrissage ou un bras de broyeur de vol qui peut se déplacer verticalement. À leur tour, la personnalisation, la rentabilité et l’augmentation de la productivité offertes par la technologie makerspace peuvent aider à démarrer des projets de dispersion avec un obstacle relativement faible pour les chercheurs qui ont l’intention de développer leurs propres outils et appareils.

Pour construire ce moulin de vol, il existe également des limitations mécaniques et instrumentales qui peuvent être prises en compte par le fabricant. Les aimants et les améliorations imprimées en 3D permettent au moulin de vol d’être essentiellement sans colle, à l’exception de la construction des supports croisés, et d’être habitable aux insectes de différentes tailles. Cependant, à mesure que la masse et la force des insectes augmentent, les insectes peuvent être plus susceptibles de se démonter lorsqu’ils sont attachés. Des aimants puissants peuvent être utilisés au prix d’une traînée de torsion accrue, ou les roulements à billes peuvent remplacer les roulements magnétiques comme solution robuste pour les insectes d’essai en vol qui pèsent plusieurs grammes28,29. Néanmoins, les roulements à billes peuvent également présenter certains problèmes, principalement que la réalisation d’expériences prolongées avec des vitesses élevées et des températures élevées peut dégrader la lubrification des roulements à billes, ce qui augmente le frottement30. Ainsi, les utilisateurs devront discerner quelle mécanique de laminoir de vol conviendrait le mieux à leur(s) insecte(s) d’étude et de conception expérimentale.

De même, il existe plusieurs façons d’instrumenter une usine de vol qui vont au-delà des considérations du présent document. Le moulin de vol présenté ici utilise des capteurs IR pour détecter les révolutions, le logiciel WinDAQ pour enregistrer les révolutions et des scripts de programmation pour traiter les données brutes. Bien qu’il soit facile à utiliser, le logiciel WinDAQ dispose d’une gamme limitée d’outils disponibles. Les utilisateurs ne peuvent pas joindre de commentaires à leur canal correspondant et ne peuvent pas être alertés en cas de défaillance d’un composant du circuit. Ces cas sont résolus en les détectant et en les corrigeant via du code, mais uniquement après la collecte des données. Alternativement, les utilisateurs peuvent adopter plus d’un logiciel qui offre des fonctionnalités de collecte de données personnalisables28 ou des capteurs qui prennent des statistiques directes de vitesse et de distance, comme les milomètres de vélo29. Cependant, ces alternatives peuvent contourner des données brutes précieuses ou diffuser des fonctionnalités sur un trop grand nombre d’applications logicielles, ce qui peut rendre le traitement des données inefficace. En fin de compte, plutôt que de remodeler l’instrumentation du moulin de vol, ce protocole offre des solutions de programmation robustes aux limitations logicielles actuelles.

Dans cet article, une conception d’un moulin de vol simple amélioré est décrite pour aider les chercheurs dans leurs études de dispersion et pour encourager l’incorporation de technologies émergentes dans le domaine de l’écologie comportementale. Ce moulin volant s’adapte aux contraintes d’un incubateur, peut contenir jusqu’à huit insectes simultanément et automatise la collecte et le traitement des données. Notamment, ses améliorations imprimées en 3D permettent à l’utilisateur d’ajuster la hauteur du bras du broyeur et du capteur IR pour tester des insectes de différentes tailles et démonter l’appareil pour un stockage ou un transport rapide. Grâce à l’accès institutionnel à un makerspace communal, toutes les améliorations ont été gratuites et aucun coût supplémentaire n’a été accumulé par rapport au simple et moderne moulin à vol. Tous les logiciels nécessaires sont gratuits, les circuits électroniques sont simples et tous les scripts peuvent être modifiés pour répondre aux besoins spécifiques de la conception expérimentale. De plus, les diagnostics codés permettent à l’utilisateur de vérifier l’intégrité et la précision de ses enregistrements. Enfin, ce protocole minimise le stress subi par un insecte en peignant magnétiquement et en attachant les insectes au bras du moulin. L’assemblage de l’usine de vol simple étant déjà accessible, abordable et flexible, l’utilisation de technologies de makerspace pour améliorer l’usine de vol simple peut donner aux chercheurs l’espace nécessaire pour surmonter leurs propres besoins spécifiques en matière d’étude de vol et peut inspirer des conceptions créatives d’usines de vol au-delà des considérations de cet article.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Construisez le moulin de vol dans un Makerspace

  1. Découpez et assemblez au laser la structure de support en plastique acrylique.
    1. Utilisez des feuilles d’acrylique transparentes de 8 (304,8 mm x 609,6 mm x 3,175 mm) d’épaisseur pour construire la structure de support en plastique acrylique. Assurez-vous que le matériau n’est pas en polycarbonate, qui ressemble à l’acrylique mais fondra au lieu d’être coupé sous le laser.
    2. Localisez la découpeuse laser dans le makerspace. Ce protocole suppose que le makerspace dispose d’une découpeuse laser comme indiqué dans la Table des matériaux. Pour les autres découpeuses laser, lisez les paramètres de la découpeuse laser pour déterminer la couleur ou l’épaisseur de ligne nécessaire pour définir les lignes de fichier à découper ou à graver au laser (à ne pas pixelliser).
    3. Ouvrez Adobe Illustrator, Inkscape (gratuit) ou un autre éditeur de graphiques vectoriels. Préparez un fichier qui lit la conception du support acrylique dans un format vectoriel avec les lignes susmentionnées illustrées à la figure 1. Créez des lignes de fichier dans Adobe Illustrator en mode Rouge, Vert et Bleu (RVB) avec un contour de ligne de 0,0001 point où le rouge RVB (255, 0, 0) coupe les lignes et le bleu RVB (0, 0, 255) grave les lignes.
    4. Par mesure de précaution, testez et tenez compte du kerf pour toutes les mesures de fente et de trou. Concevez et testez la clé kerf (Figure supplémentaire 1).
      REMARQUE: La largeur de Kerf peut varier en fonction de la largeur du faisceau de la découpeuse laser, de la largeur du matériau et du type de matériau utilisé.
    5. Enregistrez les conceptions de support acrylique et la clé kerf en tant que types de fichiers lisibles tels que des fichiers .ai, .dxf ou .svg. Pour envoyer la tâche à la découpeuse laser, imprimez le fichier sur la machine locale de la découpeuse laser, puis ouvrez le logiciel laser.
      REMARQUE: Si elles sont imprimées correctement, toutes les lignes de découpe vectorielle de la conception apparaîtront avec les couleurs correspondantes appropriées dans le panneau de commande du logiciel laser.
    6. Sélectionnez le matériau comme Plastique, puis le type de matériau comme Acrylique. Pour plus de précision, mesurez l’épaisseur du matériau avec un étrier et entrez son épaisseur dans le champ d’épaisseur du matériau. Activez automatiquement l’axe Z du point focal du matériau. Définissez le Type de figure sur Aucun et laissez l’intensité à 0 %. Pour modifier des mesures avancées sur la découpeuse laser, telles que le laser % Puissance ou % Vitesse, testez avec la touche kerf.
      REMARQUE: La règle de base est que plus le matériau est épais, plus la puissance est nécessaire à une vitesse inférieure.
    7. Avant de couper, suivez les directives du makerspace sur la mise sous tension, l’utilisation et l’entretien de la découpeuse laser. Placez les matériaux dans la cavité de l’imprimante et coupez les supports en acrylique.
      REMARQUE: Pour éviter d’éventuels dommages oculaires, ne regardez pas le laser et ne laissez aucune feuille d’acrylique sans surveillance pendant la coupe.
    8. Nettoyez l’excès de matériau de la cavité de l’imprimante et assemblez la structure de support. Assemblez en insérant chaque étagère horizontale dans les fentes ouvertes des murs verticaux extérieurs et du mur vertical central comme indiqué à la figure 2A. Assurez-vous que les trous entre les étagères horizontales sont alignés.
  2. Imprimez en 3D les supports en plastique.
    1. Ouvrez un navigateur Web et créez un compte sur un programme de modélisation 3D en ligne. Reportez-vous à la Table des matériaux pour une option de compte gratuit.
    2. Cliquez sur Conceptions 3D > Créer un nouveau design. Pour reproduire les conceptions imprimées en 3D exactes de cette étude, comme le montre la figure 3,téléchargez l’archive 3D_Prints.zip (Impressions 3D supplémentaires)et déplacez le dossier sur le bureau. Décompressez et ouvrez le dossier. Dans la page Web du plan de travail du programme de modélisation 3D en ligne, cliquez sur Importer dans le coin supérieur droit et sélectionnez le ou les fichiers .stl.
      Remarque : plusieurs répliques ou objets de conception peuvent remplir le plan de travail et être enregistrés en tant que fichier .stl unique tant que l’utilisateur restreint les objets dans les limites de la zone de construction de l’imprimante 3D. Le plus grand objet qu’une imprimante 3D peut imprimer mesure 140 mm de longueur x 140 mm de largeur x 140 mm de profondeur. Toutefois, ne faites pas pivoter les objets le long de leur axe z afin de maximiser le nombre d’objets sur une zone de construction. En effet, les objets téléchargés ont été positionnés de manière à minimiser les surplombs et peuvent donc être imprimés de manière optimale avec le minimum de supports nécessaires.
    3. Pour créer vous-même ou apporter des ajustements aux conceptions, suivez les didacticiels du site Web, apportez des modifications, puis exportez les nouvelles conceptions sous forme de fichiers .stl. Au total, 8 rails de guidage linéaires (100,05 mm de longueur x 23,50 mm de largeur x 7,00 mm de profondeur), 16 blocs de rails de guidage linéaires (22,08 mm de longueur x 11,47 mm de largeur x 12,47 mm de profondeur), 12 à 20 vis (longueur de 9,00 mm x 7,60 mm de largeur x 13,00 mm de profondeur), 15 supports croisés (longueur de 50,00 mm x 50,00 mm de largeur x 20,00 mm de profondeur), 16 supports magnétiques (12,75 mm de longueur x 12,50 mm de largeur x 15,75 mm de profondeur), 16 supports de tubes (longueur de 29,22 mm x 29,19 mm de largeur x 11,00 mm de profondeur), 16 supports de rails de guidage linéaires courts (longueur de 40,00 mm x 11,00 mm de largeur x 13,00 mm de profondeur) et 16 longs supports de rails de guidage linéaires (longueur de 40,00 mm x 16,00 mm de largeur x 13,00 mm de profondeur) doivent être imprimés en 3D. Pour obtenir le miroir de chaque conception de rail de guidage linéaire, cliquez sur l’objet, appuyez sur Met sélectionnez la flèche correspondant à la largeur de l’objet.
      REMARQUE : Voir l’étape 1.3.6. pour plus d’informations sur les chevilles de rail de guidage linéaire.
    4. Téléchargez et installez un logiciel de découpage d’impression 3D pour convertir les fichiers .stl en un fichier .gx lisible par imprimante 3D. Reportez-vous à la Table des matériaux pour télécharger le logiciel gratuit.
      REMARQUE: D’autres logiciels de conversion sont acceptables, mais ce protocole suppose que le makerspace utilise l’imprimante 3D et le logiciel de découpage d’impression comme indiqué dans la table des matériaux.
    5. Double-cliquez sur l’icône du logiciel de découpage d’impression 3D pour démarrer le logiciel. Cliquez sur Imprimer > Type de machine et sélectionnez l’imprimante 3D située dans le makerspace.
    6. Cliquez sur l’icône Charger pour charger un fichier de modèle .stl et afficher l’objet dans la zone de génération.
    7. Sélectionnez l’objet et double-cliquez sur l’icône Déplacer. Cliquez sur Sur la plate-forme pour vous assurer que le modèle est sur la plate-forme. Cliquez sur Centrer pour placer l’objet au centre de la zone de génération ou faites glisser l’objet avec le pointeur de la souris pour positionner l’objet sur la zone de génération.
    8. Cliquez sur l’icône Imprimer. Assurez-vous que le type de matériau est réglé sur PLA,que les supports et le radeau sont activés, que la résolution est définie sur Standardet que la température de l’extrudeuse correspond à la température suggérée par le guide de l’imprimante 3D. La température peut être modifiée dans Plus d’options >> Température.
    9. Appuyez sur OK et enregistrez le fichier .gx dans le dossier 3D_Prints ou sur une clé USB si le fichier ne peut pas être transféré sur l’imprimante 3D via un câble USB.
    10. Localisez la machine d’impression 3D d’un makerspace. Calibrez l’extrudeuse et assurez-vous qu’il y a suffisamment de filament pour l’impression. Transférez le fichier .gx sur l’imprimante 3D et imprimez tous les types et quantités de supports et d’améliorations en plastique. Pour chaque impression, vérifiez que le filament adhère correctement à la plaque.
  3. Assemblez des impressions 3D sur la structure de support en acrylique.
    1. Pour visualiser tous les supports en place, reportez-vous à la Figure 2B.
    2. Collez à chaud les feuilles de néoprène de 3,175 mm d’épaisseur sur les parois intérieures du support transversal. Une fois sec, insérez les supports croisés aux jonctions des étagères en acrylique et les parois à l’arrière de l’appareil pour stabiliser le broyeur de vol.
    3. Dans la mesure du possible, utilisez des vis imprimées en 3D afin de minimiser l’influence magnétique des vis en fer. Vissez les supports du tube sur le bas et le haut de chaque cellule. Assurez-vous que les supports des tubes supérieur et inférieur sont alignés.
    4. Insérer un tube en plastique de 30 mm de long (diamètre intérieur (ID) 9,525 mm; diamètre extérieur (OD) 12,7 mm) dans le support supérieur du tube et un tube en plastique de 15 mm de long (ID 9,525 mm; OD 12,7 mm) dans le support du tube inférieur de chaque cellule. Ensuite, insérez un tube en plastique de 40 mm de long (ID 6,35 mm; OD 9,525 mm) dans le tube supérieur et un tube en plastique de 20 mm de long (ID 6,35 mm; OD 9,525 mm) dans le tube inférieur. Assurez-vous qu’il y a suffisamment de friction entre les tubes pour maintenir les tubes en place, mais pas trop pour que la chambre à air puisse encore glisser de haut en bas si elle est tirée. Si les tubes sont déformés, immergez les segments des tubes pendant 1 min dans de l’eau bouillante. Redressez les tubes sur une serviette, laissez-les atteindre la température ambiante, puis insérez les tubes.
    5. Placez les deux aimants en néodyme à faible frottement (10 mm de diamètre; 4 mm de longueur; 2,22 kg de force de maintien) dans chaque support magnétique. Assurez-vous que chaque paire d’aimants se repousse mutuellement. Ensuite, logez fermement une chambre à air dans chaque support magnétique afin que la gravité agissant sur les aimants et le support magnétique ne soit pas assez forte pour déloger le support de la chambre à air.
    6. Dans la même direction, faites glisser deux blocs de rail de guidage linéaire dans le rail de guidage linéaire. Logez les rails de guidage linéaires et les blocs à la verticale dans les fenêtres des murs verticaux extérieurs. Assurez-vous que les ouvertures du bloc sont orientées vers le haut. Pour fixer un rail de guidage linéaire en place, utilisez deux supports de rail de guidage linéaire court, deux supports de rail de guidage linéaire long, quatre vis en fer de 10 mm de long (M5; pas de filetage de 0,8; diamètre de 5 mm), deux vis de fer de 20 mm de long (M5; pas de filetage de 0,8; diamètre de 5 mm) et deux écrous hexagonaux (M5; pas de filetage de 0,8; diamètre de 5 mm). La figure 2C montre l’assemblage complet du rail de guidage linéaire.
      REMARQUE: Les fentes ouvertes dans le rail de guidage linéaire sont destinées à être utilisées si et seulement si le rail de guidage linéaire est érodé par le glissement répété de son bloc. Si c’est le cas, imprimez en 3D une petite cheville en forme de T trouvée dans le dossier 3D_Prints.
  4. Construisez le bras pivotant.
    NOTE : Les sous-sections 1.4.1 et 1.4.2 sont équivalentes aux sous-sections 1.2.2. et 1.2.3. dans Attisano et al. 2015 methods paper13.
    1. Perforez le filtre d’une pointe de pipette filtrée de 20 μL à son point central à l’aide d’une broche entomologique. Ensuite, poussez la broche à travers l’extrémité de la pipette jusqu’à ce que les extrémités en acier de la broche dépassent du corps de la pointe de la pipette. Assurez-vous que le filtre de l’embout de la pipette fixe la broche en place. La broche sert d’axe au bras du moulin volant.
    2. Pour maximiser l’espace cellulaire, coupez un tube en acier hypodermique non magnétique de 19 G d’une longueur de 24 cm (1 cm de moins que la largeur d’une cellule de vol). Collez à chaud la broche saillante et la couronne de la pointe de la pipette à partir de l’étape 1.4.1. jusqu’au milieu du tube. Pliez une extrémité du tube à 2 cm de l’extrémité à un angle de 95°.
      REMARQUE: Pour prioriser la taille des insectes plutôt que de maximiser l’espace cellulaire, raccourcissez le rayon du bras pour les insectes plus petits ou les moucherons faibles. Un bras de vol plus long peut également être assemblé si la paroi acrylique centrale est enlevée pour les insectes plus gros ou les gros flyers. De plus, l’extrémité pliée du bras peut supporter différents angles afin de positionner l’insecte dans son orientation de vol naturelle.
    3. Pour tester sa suspension magnétique, positionnez le bras entre le jeu supérieur d’aimants. Assurez-vous que le bras rotatif tourne librement autour de la broche suspendue verticalement.
    4. Collez les deux aimants en néodyme à faible frottement (3,05 mm de diamètre; 1,58 mm de longueur; 0,23 kg de force de maintien) sur l’extrémité pliée du bras pivotant pour attacher l’insecte peint magnétiquement pour le vol (masse du bras du broyeur de vol avec aimants = 1,4 g). À l’extrémité non pliée du bras pivotant, enveloppez un morceau de papier d’aluminium (masse par zone = 0,01 g/cm2)pour créer un drapeau. Le drapeau à feuille agit comme un contrepoids et, en raison de ses propriétés hautement réfléchissantes, il brise de manière optimale le faisceau IR envoyé de l’émetteur du capteur IR au récepteur.
      REMARQUE: Le diamètre du faisceau IR est au maximum de 2,4 mm, de sorte que la largeur minimale optimale du drapeau de feuille est de 3 mm. Une largeur de drapeau de feuille de 3 mm et positionnée pour briser le faisceau de lumière IR devant la lentille de l’émetteur du capteur produira une chute de tension détectable lors des analyses.
  5. Configurez le capteur IR et l’enregistreur de données.
    1. Placez l’émetteur du capteur IR à l’intérieur du bloc de rail de guidage linéaire supérieur avec l’émetteur du faisceau tourné vers le bas. Ensuite, placez le récepteur du capteur IR à l’intérieur du bloc inférieur orienté vers le haut.
      REMARQUE: Les capteurs (20 mm de longueur x 10 mm de largeur x 8 mm de profondeur) peuvent être séparés jusqu’à une distance de 250 mm et fonctionnent toujours; par conséquent, ils fonctionneront même lorsqu’ils sont positionnés aux extrémités du rail de guidage linéaire d’environ 100 mm.
    2. Sur une breadboard sans soudure, connectez l’émetteur et le récepteur du capteur IR en série avec l’enregistreur de données d’entrée analogique à 4 canaux, comme illustré dans le circuit électronique de la figure 4A. Connectez d’abord l’entrée de l’émetteur du capteur IR (et non du récepteur), en suivant la résistance de 180 Ω. Placez une autre résistance de 2,2 kΩ avant la sortie de la connexion du récepteur IR. Configurez le circuit électronique de chaque canal en rangées alternées le long de la breadboard pour minimiser le bruit dans le signal de tension de plusieurs capteurs pendant l’enregistrement (Figure 4B).

2. Effectuer des essais en vol

  1. Attacher magnétiquement les insectes au bras du moulin volant.
    1. Pour minimiser le stress imposé à l’insecte, appliquez de la peinture magnétique sur le pronotum de l’insecte à l’aide d’un cure-dent ou d’un applicateur de précision fineline (pointe de 20 G). Laissez sécher la peinture pendant au moins 10 min. Une fois sec, fixez l’insecte aux aimants du bras du moulin volant. Reportez-vous à la figure 5 pour des exemples d’insectes peignant et attachant magnétiquement de différentes tailles. Ce protocole utilise Jadera haematoloma (punaise de la baie de savon) comme insecte modèle pour l’attache de vol et l’expérimentation d’essais.
      REMARQUE: Pour une attraction plus forte entre l’insecte et les aimants du bras, appliquez plusieurs couches de peinture magnétique. De plus, remplacez les aimants fixés à l’extrémité du bras du moulin de vol par des tailles d’aimants qui s’adaptent le mieux au champ de vision, à la masse et à la portée des ailes des insectes.
    2. Faites voler jusqu’à 8 insectes à la fois dans le moulin de vol. Préparez la peinture au moins 16 insectes afin de tester plusieurs insectes séquentiellement au cours d’une seule session d’enregistrement.
    3. Pour enlever la peinture magnétique après les tests, écaillez la peinture avec une pince fine et éliminez-la conformément aux réglementations de l’Environmental Protection Agency (EPA) et de l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA).
  2. Enregistrez plusieurs insectes séquentiellement sans mettre fin à une session d’enregistrement à l’aide de l’outil de commentaire de marqueur d’événement de WinDAQ.
    1. Téléchargez et installez le logiciel gratuit d’enregistrement et de lecture de données WinDAQ.
    2. Créez un nouveau dossier intitulé Flight_scripts sur le bureau. Créez cinq nouveaux dossiers avec les noms exacts suivants dans le dossier Flight_scripts : data, files2split, recordings, split_fileset standardized_files. Téléchargez la feuille de données.xlsx (Fichier supplémentaire 1) et faites glisser le fichier dans le dossier de données du répertoire Flight_scripts.
    3. Utilisez la feuille de données.xlsx comme modèle d’enregistrement manuel des données. Un minimum de quatre colonnes est nécessaire : le numéro d’identification du bogue, si le bogue est mort avant d’être testé, le numéro de l’ensemble d’enregistrement et la chambre composée de la lettre de canal et du numéro de canal (par exemple, « A-1 », « B-4 »). Reportez-vous à la Figure 2A pour connaître une configuration possible de la chambre.
    4. Ouvrez le tableau de bord WinDAQ, sélectionnez la ou les centrales de mesure dans la liste des cases à cocher et appuyez sur 'Démarrer le logiciel Windaq'. Une nouvelle fenêtre s’ouvrira pour chaque enregistreur de données sélectionné et le signal d’entrée de chaque capteur sera affiché.
    5. Définissez une fréquence d’échantillonnage en cliquant sur Modifier > Fréquence d’échantillonnage. Tapez une fréquence d’échantillonnage de 100 échantillons/seconde dans la zone Fréquence d’échantillonnage/canal et appuyezsur OK .
      REMARQUE: Ce protocole suggère 100 S / s car les creux, qui sont des chutes de tension résultant de l’interruption du faisceau du capteur IR par le drapeau, atteindront toujours une chute de tension minimale de 0,36 V pour des vitesses de 1,7 m / s. À son tour, le bruit, qui a une chute de tension maximale de 0,10 V, peut toujours être filtré lors des normalisations sans filtrer les creux réels. De plus, une fréquence d’échantillonnage de 100 S/s permet à l’utilisateur de voir facilement les creux sur la forme d’onde à l’écran pendant et après l’enregistrement. Si des erreurs se produisent pendant l’enregistrement, l’utilisateur peut rapidement discerner les creux des erreurs ou du bruit. Voir la figure supplémentaire 2 pour les comparaisons entre plusieurs basses fréquences d’échantillonnage.
    6. Pour démarrer une nouvelle session d’enregistrement, appuyez sur Fichier > Enregistrer. Sélectionnez l’emplacement du fichier d’enregistrement dans la première fenêtre contextuelle. Écrivez le nom du fichier avec soin. Les fichiers doivent avoir au moins les éléments suivants dans leur nom: le numéro de l’ensemble d’enregistrement et la lettre de canal. Voici un exemple de nom de fichier modélisé dans les scripts Python : T1_set006-2-24-2020-B.txt. Reportez-vous aux lignes 78 à 87 de split_files.py du dossier Flight_scripts pour obtenir plus de détails. Ensuite, appuyez sur OK.
    7. Dans la fenêtre contextuelle suivante, entrez la durée prévue de l’enregistrement de vol. Appuyez sur OK lorsque les insectes sont en mesure de commencer le vol. Une fois le temps d’enregistrement écoulé, appuyez sur Ctrl-S pour finaliser le fichier. N’appuyez pas sur Ctrl-S, sauf s’il est nécessaire de mettre fin à l’enregistrement plus tôt.
      REMARQUE: Si le fichier se termine trop tôt en tapant Ctrl + S ou si la durée susmentionnée était trop courte, ajoutez un nouvel enregistrement à un fichier existant en cliquant sur Fichier > Enregistrer. Sélectionnez le fichier à ajouter et cliquez sur Oui dans la fenêtre contextuelle suivante.
    8. Lorsque vous retirez les insectes testés pendant l’enregistrement, insérez un marqueur d’événement commenté de l’insecte entrant dans sa chambre sélectionnée. Enregistrez toujours manuellement l’ID, la chambre et l’ensemble d’enregistrement de l’insecte entrant dans la fiche technique.xlsx avant d’échanger les insectes.
    9. Pour faire un commentaire de marqueur d’événement, cliquez sur le numéro de la chaîne. Cliquez ensuite sur Modifier > Insérer une marque commentée. Définissez le commentaire avec le numéro d’identification du nouvel insecte entrant dans la chambre. Appuyez sur OK et chargez l’insecte dans la chambre.
  3. Visualisez les commentaires des marqueurs d’événement et convertissez le fichier de WDH en TXT.
    1. Ouvrez un fichier WDH. Visualisez les commentaires des marqueurs d’événements en accédant à Modifier > Compression... , puis cliquez sur le bouton Maximum pour compresser complètement la forme d’onde dans une fenêtre(Figure 6A).
    2. Vérifiez s’il y a des anomalies dans l’enregistrement.
      REMARQUE : Les types d’anomalies ou d’échecs dans l’enregistrement sont affichés à la figure 6. Ceux-ci sont diagnostiqués plus tard et corrigés dans les scripts Python.
    3. Enregistrez le fichier dans un format .txt en accédant à Fichier > Enregistrer sous. Sélectionnez le dossier des enregistrements dans le répertoire Flight_scripts comme emplacement pour enregistrer le fichier. Sélectionnez le type de fichier comme Impression de feuille de calcul (CSV) dans la fenêtre contextuelle et écrivez le nom du fichier avec .txt à la fin. Cliquez sur Enregistrer. Dans la fenêtre contextuelle suivante, sélectionnez Fréquence d’échantillonnage, Heure relativeet Date et heure. Tapez 1 entre le numéro de canal et les marqueurs d’événement. Désélectionnez toutes les autres options et cliquez sur OK pour enregistrer le fichier.

3. Analyser les données de vol

  1. Fractionnez les fichiers par commentaires de marqueur d’événement.
    1. Installez la dernière version de Python. Tous les scripts de ce protocole ont été développés sur Python version 3.8.0.
    2. Téléchargez les scripts Python suivants : split_files.py, standardize_troughs.pyet flight_analysis.py ( Fichiers decodage supplémentaires). Déplacez les scripts dans le dossier Flight_scripts.
    3. Assurez-vous que Python est à jour et installez les bibliothèques suivantes : csv, os, sys, re, datetime, time, numpy, math et matplotlib. Pour observer les principales fonctions et structures de données des scripts, voir le schéma de la figure supplémentaire 3.
    4. Ouvrez la feuille de données.xlsx fichier et enregistrez-le au format CSV en changeant le format de fichier en CSV UTF-8 (délimité par des virgules) si vous exécutez Windows ou Macintosh Séparé par des virgules si vous exécutez Mac.
    5. Ouvrez l’icône split_files.py avec l’éditeur de texte de votre choix. S’il n’y a pas de préférence, cliquez avec le bouton droit de la souris sur l’icône du script et sélectionnez Ouvrir avec IDLE.
    6. Recodez les lignes 133-135 et 232-233 si l’utilisateur a écrit un nom de fichier différent du modèle suggéré (« T1_set006-2-24-2020-B.txt »). Pour recoder le script afin qu’il prenne en charge différents noms de fichiers à l’aide de la fonction split(), reportez-vous aux lignes 116 à 131.
    7. À la ligne 266, tapez le chemin d’accès au dossier Flight_scripts et exécutez le script. Après une exécution réussie, le script génère des fichiers .txt intermédiaires d’ID d’insectes mappés dans le dossier files2split et des fichiers .txt pour chaque insecte testé dans chaque jeu d’enregistrement du dossier split_files, dans le répertoire Flight_scripts.
      REMARQUE : En outre, dans le shell Python, les utilisateurs doivent voir les instructions d’impression du nom de fichier, les insectes qui sont échangés à un marqueur d’événement numéroté et les fichiers qui sont divisés et générés en nouveaux fichiers par ID d’insecte.
  2. Standardisez et sélectionnez les creux dans le signal enregistré.
    1. Ouvrez l’icône standardize_troughs.py avec l’éditeur de texte de votre choix. S’il n’y a pas de préférence, cliquez avec le bouton droit de la souris sur l’icône du script et sélectionnez Ouvrir avec IDLE.
    2. À la ligne 158, tapez la fréquence d’échantillonnage.
    3. À la ligne 159, tapez le chemin d’accès au dossier Flight_scripts et exécutez le script. Si le script s’exécute correctement, il génère des fichiers dans le dossier standardized_files du répertoire Flight_scripts.
      REMARQUE: Tous les fichiers doivent commencer par 'standardized_' et se terminer par le nom de fichier d’origine.
    4. Vérifiez la qualité des enregistrements : Ouvrez les trough_diagnostic.png générées par le standardize_troughs.py situé dans le dossier Flight_scripts. Assurez-vous que tous les enregistrements sont robustes aux changements dans la valeur de tension minimale et maximale de l’intervalle de normalisation moyen.
      REMARQUE: Les enregistrements peuvent avoir beaucoup de bruit ou avoir des creux trop sensibles s’ils présentent une forte diminution du nombre de creux identifiés lorsque les valeurs d’écart minimum et maximum sont augmentées. Des diagnostics supplémentaires pour le facteur de normalisation min-max peuvent également être codés, effectués et tracés. Une autre méthode de vérification de la qualité de l’enregistrement est décrite aux étapes 2.3.1. et 2.3.2. de l’article 13 sur les méthodes d’Attisano et al.2015.
    5. Évaluez les diagnostics, décommentez la ligne 198 et spécifiez les valeurs d’écart minimale et maximale, qui définissent les valeurs minimales et maximales autour de la tension moyenne utilisée pour effectuer la normalisation pour tous les fichiers. La valeur par défaut est de 0,1 V pour chaque valeur d’écart.
      REMARQUE: À la ligne 53, l’utilisateur peut également spécifier le seuil du facteur de normalisation min-max afin d’identifier une tension bien inférieure à la valeur seuil.
    6. Mettez en commentaire la ligne 189 après avoir entré les valeurs d’écart, puis exécutez le script. Le script exécutera les normalisations efficacement pour tous les fichiers (près de 25 fois plus rapidement).
  3. Analysez la piste de vol à l’aide du fichier standardisé.
    1. Ouvrez l’icône flight_analysis.py avec l’éditeur de texte de votre choix. S’il n’y a pas de préférence, cliquez avec le bouton droit de la souris sur l’icône du script et sélectionnez Ouvrir avec IDLE.
    2. Dans les lignes 76 à 78, modifiez la correction de vitesse facultative qui supprime les rotations supplémentaires du bras du moulin après qu’un insecte cesse de voler. Déterminez cette valeur seuil avec prudence lorsque vous travaillez avec des insectes volant lentement.
    3. À la ligne 121, modifiez les seuils de vitesse pour corriger les lectures de fausse vitesse, telles que les vitesses extrêmement rapides ou les vitesses négatives. À la ligne 130, modifiez la valeur de l’intervalle de temps pour filtrer les longs intervalles qui se produisent entre deux combats de vol ininterrompus consécutifs.
    4. À la ligne 350, tapez le chemin d’accès au dossier dans lequel les fichiers normalisés *.txt sont enregistrés.
    5. À la ligne 353, entrez la longueur du rayon du bras utilisée pendant les essais, qui définit la trajectoire de vol circulaire parcourue par tour par l’insecte.
    6. Identifiez les unités SI de distance et de temps sous forme de chaînes dans les lignes 357 et 358, respectivement.
    7. Dans les lignes 388 à 397, utilisez la fonction split() pour extraire, au minimum, le numéro d’identification de l’insecte ainsi que le numéro défini et la chambre dans laquelle l’insecte a volé à partir du nom du fichier. Le script suit l’exemple complet de nom de fichier 'standardized_T1_set006-2-24-2020-B.txt'. Si nécessaire, simplifiez ce nom de fichier comme suggéré à l’étape 2.2.6., et commentez ou supprimez des variables telles que le type d’essai sur les lignes 392 et 401, si elles ne sont pas utilisées.
    8. Spécifiez tous les paramètres utilisateur, enregistrez et exécutez le script. Si l’exécution du script réussit, il imprime le numéro d’identification correspondant de l’insecte, la chambre et les statistiques de vol calculées dans le shell Python. En outre, il génère un fichier flight_stats_summary.csv comprenant les informations imprimées dans le shell Python et enregistre le fichier .csv dans le dossier de données du répertoire Flight_scripts.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Les données de vol ont été obtenues expérimentalement au cours de l’hiver 2020 en utilisant J. haematoloma collecté sur le terrain en Floride comme insectes modèles (Bernat, A. V. et Cenzer, M. L., 2020, données non publiées). Des essais en vol représentatifs ont été menés au Département d’écologie et d’évolution de l’Université de Chicago, comme le montrent ci-dessous la Figure 6, la Figure 7, la Figure 8et la Figure 9. Le laminoir de vol a été installé dans un incubateur réglé à 28 °C/27 °C (jour/nuit), 70 % d’humidité relative et un cycle lumière/10 h d’obscurité de 14 h. Pour chaque essai, la piste de vol de plusieurs bogues a été enregistrée tous les centièmes de seconde par le logiciel WinDAQ pendant 24 heures. Après des essais préliminaires, le comportement de vol a été classé en vol d’éclatement et vol continu. Les Bursters volaient sporadiquement pendant moins de 10 minutes à la fois, et les flyers continus volaient sans interruption pendant 10 minutes ou plus. Toute personne qui n’a pas présenté de comportement de vol continu au cours de sa phase de test de 30 minutes a été retirée de l’usine de vol et remplacée par un nouveau bug et son ID d’accompagnement dans un commentaire de marqueur d’événement. Tous les insectes qui présentaient un vol continu sont restés sur le moulin de vol au-delà de 30 minutes jusqu’à ce qu’ils cessent de voler. Les bugs étaient échangés de 8h à 16h chaque jour. Comme le montre la figure 9,les essais en vol d’individus dans l’enregistrement d’une journée variaient en durée de 30 min à 11+ h. En insérant des marqueurs d’événement lors de l’ajout de nouvelles personnes, cette structure de données complexe est traitée avec succès via les scripts Python, et le code aide efficacement les utilisateurs à visualiser la portée de leurs expériences. La configuration expérimentale proposée capture la pleine capacité de vol des insectes; cependant, il omet la possibilité d’observer la périodicité des vols. Les utilisateurs ont ensuite la possibilité d’adapter leurs essais en vol à différentes mesures de vol et de choisir le comportement ou les stratégies de vol qu’ils souhaitent le plus tester.

La forme d’onde à l’écran et la ou les cartes thermiques de diagnostic permettent également d’identifier les lacunes ou de résoudre les incohérences dans les données de piste de vol. La figure 6A montre un ensemble d’essais dont les données de vol ont été enregistrées avec succès pour tous les canaux sans bruit ni perturbation. Il affiche également tous les commentaires du marqueur d’événement effectués pendant l’enregistrement. La figure 6B montre un moment où le signal enregistré a été perdu dans le canal 3, abaissant immédiatement la tension à 0 V. Cela était peut-être dû au croisement de fils ouverts ou au desserrage de fils. Il existe également des événements particuliers pendant l’enregistrement qui peuvent se produire mais qui sont corrigés dans les scripts Python. Cela inclut les auges doubles, les creux miroir et le bruit de tension(Figure 6C,D). Ces événements conduisent à de fausses lectures, mais ils peuvent être identifiés et supprimés de manière fiable lors des analyses. La figure 7 compare trois fichiers de données pour montrer comment le bruit ou les creux sensibles dans les données d’enregistrement ont été diagnostiqués au cours du processus de normalisation. Le premier(Figure 7A)est un fichier dont les creux générés par chaque tour du bras du laminoir volant étaient robustes, ce qui signifie qu’ils s’écartaient largement de la tension moyenne du fichier. À son tour, à mesure que l’intervalle de normalisation autour de la moyenne augmentait, il n’y avait aucun changement dans le nombre de creux identifiés. Cela suggérait qu’il n’y avait pas de bruit de tension, et l’utilisateur peut alors être confiant dans la précision de la normalisation. D’autre part, le troisième fichier(Figure 7C) avaitdes creux trop sensibles ou présentait un bruit de tension étranger qui ne s’écartait pas largement de la tension moyenne du fichier. En conséquence, son nombre de creux a considérablement diminué à mesure que l’intervalle de normalisation autour de la moyenne augmentait. Il serait alors conseillé de revenir dans le fichier d’enregistrement WDH original pour confirmer si l’insecte volait vraiment.

En traçant les statistiques de vitesse et de durée de vol de l’individu, le comportement de vol peut être caractérisé en quatre catégories de vol: rafales (B), rafales à continues (BC), continues à rafales (CB) et continues (C), comme représenté à la figure 8. Une personne qui a strictement présenté un vol continu a volé sans interruption pendant 10 minutes ou plus au moins à la fin de sa phase d’essai de 30 minutes(figure 8A). Un individu qui a volé sporadiquement tout au long de sa phase d’essai de 30 minutes a présenté un vol en rafale(Figure 8B). Une personne qui a d’abord présenté un vol continu pendant plus de 10 minutes, puis qui s’est rétrécie au cours de sa phase d’essai de 30 minutes en rafales sporadiques a présenté un vol continu à éclatant (Figure 8C). Enfin, une personne qui a d’abord démontré un vol en rafale, puis qui est passée en vol continu pendant le reste de la phase d’essai de 30 minutes et au-delà, a présenté un vol en rafale en vol continu(figure 8D). Ainsi, spécifique à l’insecte modèle et au cadre expérimental, l’utilisateur peut utiliser cette sortie graphique pour évaluer et identifier les modèles généraux de comportement de vol malgré des variations uniques dans les pistes individuelles.

Figure 1
Figure 1: Dessins à découper au laser pour la structure de la feuille de plastique acrylique. Huit feuilles de plastique acrylique ont été découpées au laser afin de construire la structure de support en plastique de l’usine de vol. Les lignes de fichier ont été créées dans Adobe Illustrator en mode RVB, où les lignes de coupe RVB Rouge (255, 0, 0) et les lignes gravées Bleu RVB (0, 0, 255). Pour une plus grande lisibilité dans cette figure, les traits de ligne de fichier ont été augmentés de 0,0001 point à 1 point. Les unités de coordonnées sont mm, et le point dans le coin supérieur gauche de chaque dessin est l’origine, où le déplacement plus bas et vers la droite de l’origine conduit à des valeurs ascendantes positives. Il existe trois modèles de feuilles différents: les murs verticaux extérieurs, un mur vertical central et des étagères horizontales. Les deux murs verticaux extérieurs glissent dans les étagères horizontales à leurs fentes, et leurs trous rectangulaires sont utilisés pour monter le rail de guidage linéaire imprimé en 3D, les blocs et les supports. Il y a un mur vertical central avec des fentes qui divise le moulin de vol en huit cellules et fournit un soutien structurel supplémentaire. Il y a aussi cinq étagères horizontales avec des fentes, des cercles gravés pour marquer l’emplacement des supports de tubes magnétiques et de petits trous rectangulaires pour permettre de visser les supports de tubes. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2: Fraiseuse de vol assemblée. A) Assemblage du laminoir volant. Chaque étagère horizontale (SH) a été insérée dans les fentes ouvertes des murs verticaux extérieurs (OW) et du mur vertical central (CW). De plus, chaque cellule, ou « chambre », est identifiée par une lettre de canal (A ou B) qui correspond à un enregistreur de données et un numéro de canal (1-4) qui correspond au canal sur l’enregistreur de donnéesspécifique. B) Assemblage de cellules de broyeur de vol avec bras de broyeur de vol. Les paliers magnétiques peuvent être soulevés ou abaissés en faisant glisser les chambres à air dans les tubes extérieurs pour ajuster la hauteur du bras. Les capteurs IR peuvent également être soulevés ou abaissés pour aligner les capteurs sur la hauteur du drapeau sur le bras. Les capteurs IR peuvent également être retirés facilement de leurs blocs de rail de guidage linéaire s’ils doivent être remplacés ou inspectés ou si l’usine de vol doit être transportée. Les supports croisés fournissent un support structurel pour chaque cellule acrylique et peuvent être facilement insérés et retirés. C) Rail de guidage linéaire et assemblage de blocs dans la fenêtre de cellule. Tous les composants 3D et les vis respectives dans la fenêtre de cellule sont étiquetés pour un assemblage plus clair. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3: Dessins imprimés en 3D. Les mesures sont en mm. A) Rail de guidage linéaire. B) Bloc de rail de guidage linéaire en forme de support d’un capteur IR. C) Vis utilisée comme support pour remplacer les vis en fer. D) Support de tube. E) Support magnétique. F) Support croisé utilisé comme aligneur et stabilisateur de cadre en acrylique. G) Support long et H) support court pour maintenir les rails de guidage linéaires en place. Seuls les supports de rail de guidage linéaires qui reposent sur la face extérieure du mur acrylique sont affichés. Les miroirs de support de rail de guidage linéaire ne sont pas affichés. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4: Circuit électrique du broyeur de vol. A) Schéma simple d’un circuit électrique reliant les capteurs IR à l’enregistreur de données. Lorsque l’indicateur sur le bras du broyeur interrompt le faisceau émis par l’émetteur du capteur IR, le courant cesse de circuler vers le récepteur du capteur IR et la tension tombe à zéro. L’enregistreur de données enregistre toutes les chutes de tension. B) Circuits électriques mis en évidence. Chaque boîte jaune délimite les composants d’un circuit connecté à la breadboard. Plusieurs circuits électriques peuvent être connectés à une seule breadboard en rangées alternées. La taille de la planche à pain sans soudure limite le nombre de cellules de vol pouvant être logées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5: Insectes de différentes tailles peints magnétiquement et attachés. A) Drosophila melanogaster (mouches communes des fruits) peintes magnétiquement et attachées. Les mouches des fruits sont de petits insectes (longueur du corps 5 mm; masse = 0,2 mg) qui doivent d’abord être anesthésiés avec de la glace ou du CO2 au microscope avant d’appliquer la peinture magnétique sur leur thorax. B) Inadéquation entre la taille de l’insecte et la taille de l’aimant. L’aimant sur le bras du moulin volant devrait mieux s’adapter à la taille de l’insecte. Ici, le champ de vision de l’insecte est obstrué parce que l’aimant est trop grand. Un aimant conique ou une bande magnétique plus petit résoudrait ce décalage. C-F) Oncopeltus fasciatus (punaises d’asclépiade) et Jadera haematoloma (punaises de savon) peintes et attachées magnétiquement. Les insectes plus gros (longueur du corps > 5 mm; masse > 0,1 g) peuvent être pincés par leurs jambes avant d’appliquer une couche de peinture sur leur thorax. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6: Exemples d’enregistrements de vol WDH. Les creux de tension représentent des révolutions complètes du bras du moulin à vol. Les lignes pointillées rouges divisent l’affichage et les secondes par division (sec/div) de chaque panneau sont surlignées en bleu. Des lignes verticales noires marquent l’heure du curseur. A) Marqueurs d’événements. Le sec/div est passé de 0,2 sec/div à son maximum, ce qui permet de dessiner toute la forme d’onde sur l’écran. Tous les marqueurs d’événement pris sur tous les canaux ne seront visibles que dans le premier canal sous forme de lignes allant de la tension maximale au bas de la fenêtre de champ de canal. Tous les créateurs d’événements pour cet ensemble d’enregistrement sont dans l’ovale jaune. B) Perte de signal. Dans un autre jeu d’enregistrement, le sec/div a été changé de 0,2 sec/div à 15 sec/div pour aider à visualiser un signal enregistré perdu de 17:09 à 17:15 dans le canal 3. Tous les autres canaux tels que le canal 4 ont continué à fonctionner correctement. C) Auges doubles et auges miroirs. Les creux doubles sont lorsque la tension baisse, monte, puis plonge et remonte rapidement pour créer ce qui semble être deux creux fusionnés dans un événement de rupture de faisceau. Les doubles auges se reflètent également, ce qui suggère que le drapeau se déplaçait d’avant en arrière entre le capteur, ce qui se produit généralement lorsqu’un insecte cesse de voler. Les scripts Python sont corrects pour chaque cas. D) Bruit de tension. Peu après 13h14, de petites bosses dans la tension peuvent être vues, ce qui suggère un bruit de tension dans l’enregistrement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7: Données diagnostiques représentatives de Jadera haematoloma (punaise de la baie savonneuse). Le bruit potentiel ou les creux trop sensibles sont facilement reconnus dans les enregistrements de vol. A) Un enregistrement optimal et robuste à partir de l’exemple individuel 318. Il n’y a pas eu de changement dans le nombre de creux à mesure que les valeurs d’écart minimum et maximal augmentaient, de sorte que les creux étaient suffisamment robustes pour être identifiés malgré un intervalle de normalisation important. B) Un enregistrement sous-optimal, mais toujours robuste de l’exemple individuel 371. Il y a une baisse du nombre de creux à mesure que les valeurs d’écart minimum et maximum augmentent; cependant, la baisse a été minime (11 creux). Il pourrait y avoir du bruit et quelques creux sensibles mais rien de substantiel. C) Un enregistrement bruyant de l’exemple individuel 176. Il y a une baisse claire et rapide du nombre de creux identifiés lorsque les valeurs minimales et maximales d’écart ont augmenté jusqu’à ce que son nombre plafonne à 12 creux. Cela signale beaucoup de bruit potentiel ou des creux trop sensibles tandis que les 12 creux restent des creux robustes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8: Données de vol représentatives de Jadera haematoloma (punaise de la baie savonneuse). Quatre catégories de comportement de vol peuvent être identifiées dans les enregistrements de vol. A) Vol continu. Cet individu a volé en continu pendant 1,67 h, en commençant à des vitesses élevées, puis en diminuant au fil du temps à des vitesses plus faibles. B) Vol en rafale. Cet individu n’a volé qu’en rafales dans les 30 premières minutes de son essai. Les éclateurs peuvent atteindre une vitesse élevée, mais cet individu ne pouvait conserver que de faibles vitesses. C) Vol continu à éclatant. Cet individu avait maintenu un vol continu pendant 25 minutes, puis s’était réduit en rafales pendant les 5 minutes restantes de son essai. D) Éclatement à vol continu. Cet individu a commencé comme un éclatement, atteignant des vitesses sporadiques élevées, puis est passé en vol continu pendant environ 4 h. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 9
Figure 9: Visualisation représentative des canaux de plusieurs essais en vol au sein d’un même ensemble d’enregistrement. Chaque couleur représente un bug de soapberry individuel à sa lettre de canal et à son numéro de canal donnés pendant son essai. Toutes les heures de début, les heures d’arrêt et les noms de fichiers ont été extraits du fichier unique de suivi .txt de vol de chaque individu. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure supplémentaire 1: Clé Kerf. Kerf est l’épaisseur du matériau enlevé ou perdu dans le processus de coupe de ce matériau. Pour une découpeuse laser, deux facteurs importants détermineront la largeur du kerf : la largeur du faisceau et le type de matériau. Pour tester et calculer le kerf exact, découpez la clé au laser et insérez la clé de 20 mm de largeur dans la fente qu’elle s’adapte le mieux. Ensuite, soustrayez la valeur de largeur d’emplacement de la valeur de largeur de clé. Par exemple, une clé d’une largeur de 20 mm qui s’insère dans un emplacement de 19,5 mm aura une épaisseur de bordure de 0,5 mm. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 2: Comparaison des basses fréquences d’échantillonnage. A) Relation entre la chute de tension et la vitesse par fréquence d’échantillonnage. Chaque couleur de ligne et forme de point représente une fréquence d’échantillonnage (100 Hz, 75 Hz, 50 Hz et 25 Hz). La chute de tension est synonyme de la taille de l’auge. Les lignes correspondent aux régressions de deuxième ordre, qui décrivent la diminution de la taille du creux à mesure que la vitesse augmente et l’augmentation suivante de la taille du creux à des vitesses plus élevées. La barre ombragée va de 0 V à 0,1 V, ce qui marque la plage de tension dans laquelle le bruit se produit. Les données ont été collectées sur la cellule B-4 à l’aide du logiciel d’enregistrement WinDAQ et avec des dimensions de drapeau de feuille de 30 mm de longueur par 30 mm de largeur. Le bras du moulin volant a été tourné rapidement à la main et laissé tourner jusqu’à ce qu’il cesse de bouger. Les fréquences d’échantillonnage de 25 Hz ou moins risquent d’être identifiées à tort comme du bruit lors des tests de normalisation et de diagnostic. Les fréquences d’échantillonnage de 100 Hz ou plus sont particulièrement robustes pour enregistrer de grands creux pour des vitesses inférieures à 1m/s. B) Tailles minimales de différentes fréquences d’échantillonnage vues à travers la forme d’onde. À mesure que les fréquences d’échantillonnage diminuent, leur représentation sur la forme d’onde diminue également. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 3: Organigramme des fonctions et des structures de données de chaque script Python. Un aperçu des entrées, des processus fonctionnels et des sorties de chaque script Python pour le broyeur de vol proposé est résumé et décrit à l’aide d’exemples. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Impression 3D supplémentaire. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichiers de codage supplémentaires. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Le moulin de vol simple et moderne offre une gamme d’avantages pour les chercheurs intéressés à étudier le vol des insectes attachés en fournissant une conception fiable et automatisée qui teste plusieurs insectes de manière efficace et rentable13,31,35. De même, les chercheurs sont fortement incités à adopter des technologies et des techniques émergentes de l’industrie et d’autres domaines scientifiques comme moyen de construire des outils expérimentaux pour étudier les systèmes écologiques9,32,33. Ce protocole tire parti de deux technologies émergentes rapidement, l’imprimante 3D et la découpeuse laser, qui sont de plus en plus disponibles dans les makerspaces communs, afin d’améliorer le moulin de vol simple et moderne. Ces améliorations offrent une conception plus flexible, réglable et pliable qui s’adapte aux insectes de différentes tailles, minimise le stress placé sur l’insecte et permet au broyeur de vol d’être transporté facilement vers plusieurs endroits ou environnements. De plus, les dépenses supplémentaires liées à l’utilisation des technologies sont minimes, voire gratuites. Cependant, ces technologies peuvent également être un défi à expérimenter si la maîtrise de l’utilisation des éditeurs de graphiques vectoriels et des logiciels d’image 3D n’est pas facilement disponible. À son tour, le moulin de vol présenté ici sert à la fois à encourager les chercheurs à intégrer les technologies émergentes disponibles dans leur flux de travail et à permettre aux chercheurs de construire un broyeur de vol personnalisable, flexible et efficace sans connaissances spécialisées en électronique, en programmation ou en modèles CAO.

Les aspects les plus forts de ce protocole sont les technologies du makerspace qui élargissent les options de conception du moulin de vol d’un utilisateur, l’utilisation de peinture magnétique pour minimiser le stress des insectes et l’automatisation des enregistrements de vol qui traitent plusieurs insectes en un seul enregistrement. La découpeuse laser offre des capacités de découpe précises et exactes qui peuvent gérer des travaux de presque toutes les complexités. L’utilisateur peut modifier la structure de support en acrylique pour monter des impressions 3D supplémentaires ou des articles achetés. L’imprimante 3D permet à l’utilisateur de créer des composants de fraisage de vol personnalisables qui peuvent contourner les produits préfabriqués coûteux avec des dimensions étroitement réglables. Des impressions 3D non proposées dans ce document peuvent également être construites, telles que des plates-formes d’atterrissage, des supports qui peuvent rapidement échanger entre les paliers magnétiques et les roulements à billes, ou même un nouvel accessoire qui attache un insecte. Enfin, l’utilisation d’un logiciel d’enregistrement automatisé et de scripts Python pour différencier plusieurs essais en vol au sein d’un même enregistrement permet d’étudier des épisodes sporadiques de vol à de très longs épisodes de vol. Cependant, étant donné la variabilité de l’activité et de la durée du vol d’une espèce à l’autre, il est suggéré que l’utilisateur effectue des essais préliminaires afin de comprendre les limites et les modèles généraux du comportement de vol d’une espèce afin d’optimiser la collecte de données. L’utilisateur peut également évaluer l’intégrité de ses enregistrements à l’aide de la ou des cartes thermiques de diagnostic et peut tenir compte de toute correction de vitesse nécessaire dans les scripts.

Les chercheurs doivent également être conscients des contraintes générales de l’usine de vol. Des études antérieures ont fait connaître et ont tenté de remédier aux limites du vol captif, y compris l’absence de contact tarsien pour permettre à l’insecte de se reposer à volonté18,31, l’absence d’énergie dépensée lorsqu’un insecte décolle34, la traînée supplémentaire que l’insecte surmonte en poussant le bras du moulin de vol, et l’insecte ayant besoin de compenser les forces aérodynamiques vers l’extérieur subies en raison de l’accélération centrifuge de sa trajectoire de vol circulaire 6,35. En outre, il continue d’y avoir des incohérences sur la façon de catégoriser ou de quantifier plus précisément les rafales courtes ou « triviales » affichées par les insectes, en particulier lorsqu’on compare le comportement de vol et les mécanismes des grands insectes migrateurs à ceux des petits insectes qui présentent principalement des vols en vol stationnaire24,36,37 . Malgré ces limitations, il y a eu des progrès significatifs dans la capture et la catégorisation du comportement de vol chez les espèces d’insectes, et les chercheurs ont continué à coupler l’usine de vol avec d’autres technologies et méthodes6,7,8.

Le makerspace en tant que lieu de créativité, de collaboration et de faibles barrières inspirera davantage les chercheurs à résoudre les limites de la conception d’impression 3D ou à découper au laser des conceptions plus complexes. Des études ont étudié l’efficacité des makerspaces non seulement en tant qu’espaces itératifs de fabrication de produits, mais aussi en tant que lieux d’apprentissage accéléré10,11,12. Dans l’ensemble, les étudiants en ingénierie ont obtenu des scores plus élevés en matière de compréhension de la conception, de documentation de conception et de qualité des modèles lorsque leurs conceptions ont été réalisées à l’aide de la technologie makerspace11. De plus, leur temps de développement de modèles a chuté de 50 %, ce qui indique que l’exploration du makerspace a surpassé les cours traditionnels de théorie et d’application par cœur11. À leur tour, les chercheurs ayant peu de connaissances en conception seront en mesure de l’approfondir, et les chercheurs qui sont également des éducateurs peuvent profiter de cet espace comme moyen d’accroître l’organisation du design, l’artisanat et la dextérité technique pour les étudiants. Dans une discipline comme l’écologie qui utilise déjà une variété d’outils pour le travail sur le terrain et en laboratoire, les chercheurs peuvent également développer, partager et normaliser des outils nouveaux ou améliorés. L’usine de vol proposée dans ce document n’est que le début de ce qui pourrait être une approche de démocratisation et de diffusion rapide de nouveaux moyens de collecte de données.

Les usines volantes ont joué un rôle important en permettant aux chercheurs de comprendre la dispersion des insectes - un phénomène écologique encore essentiellement insoluble sur le terrain. Les progrès futurs dans la conception et l’application de l’usine de vol peuvent être réalisés à mesure que les chercheurs deviennent plus compétents dans les technologies émergentes et les logiciels qui les accompagnent. Cela pourrait inclure la conception de roulements de bras de moulin volant qui permettent une portance verticale ou donnent à l’insecte une plus grande flexibilité d’orientation de vol. En outre, la précision des découpeuses laser et des imprimantes 3D peut être nécessaire pour les chercheurs intéressés par la réduction et l’étalonnage pour les petits insectes ayant principalement des capacités de vol stationnaire. À son tour, l’objectif de ce protocole était de fournir une entrée facile à ces technologies tout en construisant l’un des dispositifs les plus courants et les plus utiles dans le domaine de l’écologie comportementale - le moulin à vol. Si les chercheurs ont accès à un makerspace commun et s’engagent à naviguer dans ses technologies, les améliorations et les améliorations qui en résultent de l’usine de vol moderne conduiront à une conception créative et collaborative de la fraise de vol et continueront d’offrir un aperçu des caractéristiques et des mécanismes sous-jacents qui influencent les variations et les modèles de mouvement des espèces d’insectes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

L’auteur n’a rien à divulguer.

Acknowledgments

Je tiens à remercier Meredith Cenzer d’avoir acheté tous les matériaux de l’usine de vol et d’avoir fourni des commentaires continus de la construction à la rédaction du projet. Je remercie également Ana Silberg pour sa contribution à standardize_troughs.py. Enfin, je remercie le Media Arts, Data, and Design Center (MADD) de l’Université de Chicago pour l’autorisation d’utiliser gratuitement son équipement, sa technologie et ses fournitures de makerspace commun.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
180 Ω Resistor E-Projects 10EP514180R Carbon film; stiff 24 gauge lead.
19 Gauge Non-Magnetic Hypodermic Steel Tubing MicroGroup 304H19RW 
2.2 kΩ Resistor Adafruit 2782 Carbon film; stiff 24 gauge lead.
3D Printer FlashForge 700355100638
3D Printer Filament FlashForge 700355100638 Diameter 1.75 mm; 1kg/roll.
3D Printing Slicing Software FlashPrint 4.4.0
Acrylic Plastic Sheets Blick Art Supplies 28945-1006
Aluminum Foil Target 253-01-0860
Breadboard Power Supply HandsOn Tech MDU1025 Can take 6.5V to 12V input and can produce 3.3V and 5V.
DI-1100 USB Data Logger DATAQ Instruments DI-1100 Has 4 differential armored analog inputs.
Electrical Wires Striveday B077HWS5XV 24 gauge solid wire.
Entomological Pins BioQuip 1208S2 Size 2; diameter 0.45 mm.
Filtered 20 uL Pipette Tip Fisher Scientific 21-402-550
Hot Glue Gun with Hot Glue Joann Fabrics 17366956
IR Sensor Adafruit 2167 This is the 3 mm IR version; works up to 25 cm.
Large Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007008 Inner diameter 3/8 in; outer diameter 1/2 in; length 20 ft.
Large Magnets Bunting EP654 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.394 in; length 0.157 in; holding force 4.9 lb. 
Laser Cutter  Universal Laser Systems  PLS6.75
M5 Hex Nut Home Depot 204274112 Thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Long Iron Screws Home Depot 204283784 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.
M5 Short Iron Screws Home Depot 203540129 Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 10 mm; diameter 5 mm.
Neoprene Rubber Sheet Grainger 60DC16 Length 12 in; width 12 in; depth 1/8in.
Online 3D Modeling Software Autodesk 2019_10_14 Tinkercad.com offers a free account.
Power Adaptor Adafruit 63 9 VDC 1000mA regulated switching; input voltage DC 3.3V 5V.
Small Clear Vinyl Tubing Home Depot T10007005 Inner diameter 1/4 in; outer diameter 3/8 in; 20 ft long.
Small Magnets Bunting N42P120060 Low-friction N42 neodymium; diameter 0.120 in; length 0.060 in; holding force 0.5 lb.
Solderless MB-102 Breadboard  Adafruit 239 830 tie points; length 17 cm; width 5.5 cm; input voltage, DC 3.3 V 5 V.
Sophisticated Finishes Iron Metallic Surfacer Blick Art Supplies 27105-2584
Wire Cutters Target  84-031W

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Krogh, A., Weis-Fogh, T. Roundabout for studying sustained flight of locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
  2. Hocking, B. The intrinsic range and speed of flight of insects. Transactions of the Royal Entomological Society of London. 104 (8), 223 (1953).
  3. Chambers, D. L., O'Connell, T. B. A flight mill for studies with the mexican fruit fly. Annals of the Entomological Society of America. 62 (4), 917-920 (1969).
  4. Chambers, D. L., Sharp, J. L., Ashley, T. R. Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events. Behavior Research Methods & Instrumentation. 8 (4), 352-356 (1976).
  5. Naranjo, S. E. Assessing insect flight behavior in the laboratory: a primer on flight mill methodology and what can be learned. Annals of the Entomological Society of America. 112 (3), 18 (2019).
  6. Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS ONE. 12 (11), 0186441 (2017).
  7. Pollack, G. S., Martins, R. Flight and hearing: Ultrasound sensitivity differs between flight-capable and flight-incapable morphs of a wing-dimorphic cricket species. The Journal of Experimental Biology. 210, 3160-3164 (2007).
  8. Koehler, C., Liang, Z., Gaston, Z., Wan, H., Dong, H. 3D reconstruction and analysis of wing deformation in free-flying dragonflies. The Journal of Experimental Biology. 215, 3018-3027 (2012).
  9. Behm, J. E., Waite, B. R., Hsieh, S. T., Helmus, M. R. Benefits and limitations of three-dimensional printing technology for ecological research. BMC Ecology. 18, 1-13 (2018).
  10. Sheridan, K. M., et al. Learning in the making: A comparative case study of three makerspaces. Harvard Educational Review. 84, 505-531 (2014).
  11. Khalifa, S., Brahimi, T. Makerspace: A novel approach to creative learning. Institute of Electrical and Electronics Engineers Xplore. 1, 43-48 (2017).
  12. Smay, D., Walker, C. Makerspaces: A creative approach to education. Teacher Librarian. 42, 39-43 (2015).
  13. Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. 106, e53377 (2015).
  14. Reynolds, D. R., Riley, J. R. Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: A of existing and potential techniques. Computers and Electronics in Agriculture. 35 (2-3), 271-307 (2002).
  15. Davis, M. A. Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle. Oecologia. 69, 407-412 (1986).
  16. Taylor, R. A. J., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. Flight performance of Agrilus planipennis (Cleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight. Journal of Insect Behavior. 23, 128-148 (2010).
  17. Irvin, N. A., Hoddle, M. S. Assessing the flight capabilities of fed and starved Allograpata obliqua (Diptera: Syrphidae), a natural enemy of Asian citrus psyllid, with computerized flight mills. Florida Entomologist. 103 (1), 139-140 (2020).
  18. Minter, M., et al. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43 (4), 397-411 (2018).
  19. Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus). Evolution. 34 (2), 371-385 (1980).
  20. Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hempitera: Liviidae) is associated with flight capabilities. Annals of the Entomological Society of America. 107 (4), 842-847 (2014).
  21. Chen, M., et al. Flight capacity of Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) adult females based on flight mill studies and flight muscle ultrastructure. Journal of Insect Science. 15 (1), 141 (2015).
  22. Guo, J., Li, X., Shen, X., Wang, M., Wu, K. Flight performance of Mamestra brassicae Noctuidae) under different biotic and abiotic conditions. Journal of Insect Science. 20 (1), 1-9 (2020).
  23. Johnson, M. W., Toscano, N. C., Jones, V. P., Bailey, J. B. Modified ultrasonic actograph for monitoring activity of lepidopterous larvae. Proceedings of the Hawaiian Entomological Society. 27, 141-146 (1986).
  24. Cheng, X., Sun, M. A. Wing-kinematics measurement and aerodynamics in a small insect in hovering flight. Scientific Reports. 6, 25706 (2016).
  25. Holland, J. D. Dispersal kernel determines symmetry of spread and geographical range for an insect. International Journal of Ecology. 2009, 4 (2009).
  26. Frouz, J., Kindlmann, P. Source-sink colonization as a possible strategry of insects living in temporary habitats. PLoS ONE. 10 (6), 1-10 (2015).
  27. Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: Current and projected uses. Pharmacy & Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
  28. Martí-Campoy, A., et al. Design of a computerized flight mill device to measure the flight potential of different insects. Sensors (Basel). 16 (4), 1-21 (2016).
  29. Dubois, G. F., Vernon, P., Brustel, H. A flight mill for large beetles such as Osmoderma eremita (Cleoptera: Cetoniidae). Saproxylic Beetles. Their Role and Diversity in European Woodland and Tree Habitats. 14, 219-224 (2009).
  30. Webster, M. N., Doner, J. P., Wikstrom, V., Lugt, P. Grease degradation in R0F bearing tests. Tribology Transactions. 50 (2), 187-197 (2007).
  31. Jones, H. B. C., Lim, K. S., Bell, J. R., Hill, J. K., Chapman, J. W. Quantifying interspecific variation in dispersal ability of noctuid moths using an advanced tethered flight technique. Ecology and Evolution. 6 (1), 181-190 (2016).
  32. Walker, M., Humphries, S. 3D Printing: applications in evolution and ecology. Ecology and Evolution. 9 (7), 4289-4301 (2019).
  33. Shahrubudin, N., Lee, T. C., Ramlan, R. An overview of 3D printing technology: technological, materials, and applications. Science Direct. 35, 1286-1296 (2019).
  34. Taylor, R. A. J., Nault, L. R., Styer, W. E., Cheng, Z. B. Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha). Journal of the Entomological Society of America. 85 (5), 627-632 (1992).
  35. Nachtigall, W., Hanauer-Thieser, U., Mörz, M. Flight of the honey bee VII: Metabolic power versus flight speed relation. Journal of Comparative Physiology B. 165, 484-489 (1995).
  36. Hardie, J. Flight behavior in migrating insects. Journal of Agricultural Entomology. 10 (4), 239-245 (1993).
  37. Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. Tethered and untethered flight by Lyrgus Hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae). Environmental Entomology. 33 (5), 1389-1400 (2004).

Tags

Ingénierie Numéro 169 usine de vol makerspace impression 3D découpe laser automatisation test de vol
Construction d’un moulin de vol amélioré pour l’étude du vol d’insectes attachés
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bernat, A. Building an Enhanced… More

Bernat, A. Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight. J. Vis. Exp. (169), e62171, doi:10.3791/62171 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter