Waiting
Login processing...

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

Engineering

בניית טחנת טיסה משופרת לחקר טיסת חרקים קשורים

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

Summary

פרוטוקול זה משתמש במדפסות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות) ובחותך לייזר הנמצאים ב-makerspaces כדי ליצור עיצוב גמיש יותר של טחנת הטיסה. באמצעות טכנולוגיה זו, חוקרים יכולים להפחית עלויות, לשפר את גמישות העיצוב, וליצור עבודה לשחזור בעת בניית טחנות הטיסה שלהם למחקרי טיסת חרקים קשורים.

Abstract

Makerspaces יש פוטנציאל גבוה של המאפשר לחוקרים לפתח טכניקות חדשות ולעבוד עם מינים חדשים במחקר אקולוגי. פרוטוקול זה מדגים כיצד לנצל את הטכנולוגיה שנמצאה ביצרנים כדי לבנות טחנת טיסה רב-תכליתית יותר בעלות נמוכה יחסית. בהתחשב בכך מחקר זה הוציא את אב הטיפוס שלו מטחנות טיסה שנבנו בעשור האחרון, פרוטוקול זה מתמקד יותר בהתווה סטיות שנעשו מטחנת הטיסה הפשוטה והמודרנית. מחקרים קודמים כבר הראו עד כמה טחנות טיסה מועילות למדידת פרמטרי טיסה כגון מהירות, מרחק או תקופתיות. טחנות כאלה אפשרו לחוקרים לקשר פרמטרים אלה לגורמים מורפולוגיים, פיזיולוגיים או גנטיים. בנוסף ליתרונות אלה, מחקר זה דן ביתרונות של שימוש בטכנולוגיה ביצרנים, כמו מדפסות תלת-ממד וחותכים בלייזר, על מנת לבנות עיצוב גמיש יותר, יציב ומוטט יותר של טחנת טיסה. בעיקר, הרכיבים המודפסים בתלת-ממד של עיצוב זה מאפשרים למשתמש לבדוק חרקים בגדלים שונים על ידי הפיכת הגבהים של זרוע הטחנה וחיישני אינפרא אדום (IR) מתכווננים. הדפסות תלת-ממד גם מאפשרות למשתמש לפרק בקלות את המכונה לאחסון מהיר או הובלה לשדה. יתר על כן, מחקר זה עושה שימוש רב יותר של מגנטים וצבע מגנטי לקשור חרקים עם מתח מינימלי. לבסוף, פרוטוקול זה מפרט ניתוח רב-תכליתי של נתוני טיסה באמצעות סקריפטים ממוחשבים המפרידים ומנתחים ביעילות ניסויי טיסה שונים בהקלטה אחת. למרות שיותר דורש עבודה, יישום הכלים הזמינים ב-makerspaces ובתוכניות מידול תלת-ממדיות מקוונות מאפשר פרקטיקות רב-תחומיות ומכוונות תהליכים ומסייע לחוקרים להימנע ממוצרים יקרים ומוכנים מראש עם ממדים מתכווננים. על ידי ניצול הגמישות והשחזור של הטכנולוגיה ביצרנים, פרוטוקול זה מקדם עיצוב טחנת טיסה יצירתי ומעורר מדע פתוח.

Introduction

בהתחשב עד כמה בלתי ניתן פתירות לפיזור החרקים בשטח, טחנת הטיסה הפכה לכלי מעבדה נפוץ לטיפול בתופעה אקולוגית חשובה - כיצד חרקים נעים. כתוצאה מכך, מאז חלוציטחנת הטיסה 1,2,3,4 הוביל שישהעשורים של תכנון ובנייה טחנת טיסה, היו שינויים עיצוב מורגש ככל הטכנולוגיות השתפרו והפכו משולבים יותר בקהילות מדעיות. עם הזמן, תוכנה אוטומטית לאיסוף נתונים החליפה מקליטי תרשים, וזרועות טחנת טיסה עברו ממוטות זכוכית למוטות פחמן וצינורות פלדה5. בעשור האחרון בלבד, מסבים מגנטיים החליפו את מיסבי הטפלון או הזכוכית כחסרי חיכוך אופטימליים, וזוגות בין מכונות טחנת טיסה לטכנולוגיה רב-תכליתית מתרבים ככל שטכנולוגיית ייצור האודיו, החזותי והשכבות משתלבת יותר ויותר בתהליכי העבודה של החוקרים. זיווגים אלה כללו מצלמות וידאו במהירות גבוהה כדי למדוד אווירודינמיקה כנף6, לוחות דיגיטליים לאנלוגיים כדי לחקות רמזים חושיים לחקר תגובות טיסה שמיעתיות7, והדפסה 3D כדי להפוך את אסדת כיול כדי לעקוב אחר עיוות כנף במהלך טיסה8. עם עלייתן האחרונה של טכנולוגיות מתפתחות ביצרנים, במיוחד במוסדות עם מרכזי מדיה דיגיטלית המנוהלים על ידי צוות בקיא9, ישנן אפשרויות גדולות יותר לשפר את טחנת הטיסה כדי לבדוק מגוון גדול יותר של חרקים ולהעביר את המכשיר לשדה. יש גם פוטנציאל גבוה לחוקרים לחצות גבולות משמעתיים ולהאיץ את הלמידה הטכנית באמצעות עבודה מבוססת ייצור9,10,11,12. טחנת הטיסה המוצגת כאן (מותאמת מאתיסאנו ועמיתיה13) מנצלת טכנולוגיות מתפתחות שנמצאות ב- makerspaces לא רק 1) ליצור רכיבי טחנת טיסה שקנה המידה והממדים שלהם מכוונים היטב לפרויקט בהישג יד אך גם 2) מציעים לחוקרים פרוטוקול נגיש בחיתוך לייזר והדפסת תלת-ממד מבלי לדרוש תקציב גבוה או כל ידע מיוחד בעיצוב בעזרת מחשב (CAD).

היתרונות של צימוד טכנולוגיות ושיטות חדשות עם טחנת הטיסה הם משמעותיים, אבל טחנות טיסה הן גם מכונות עצמאיות יקרות ערך. טחנות טיסה מודדות את ביצועי הטיסה של חרקים ומשמשות לקביעת האופן שבו מהירות הטיסה, המרחק או המחזור מתייחסים לגורמים סביבתיים או אקולוגיים, כגון טמפרטורה, לחות יחסית, עונה, צמח מארח, מסת גוף, תכונות מורפולוגיות, גיל ופעילות הרבייה. מלבד שיטות חלופיות כמו actographs, הליכונים, ואת הקלטת וידאו של תנועת טיסה במנהרות רוח וזירות מקורה14, טחנת הטיסה בולטת ביכולתה לאסוף סטטיסטיקות ביצוע טיסה שונות בתנאי מעבדה. זה עוזר לאקולוגים לענות על שאלות חשובות על פיזור הטיסה, וזה עוזר להם להתקדם במשמעת שלהם - אם זה להיות משולב ניהול מזיקים15,16,17, דינמיקה של אוכלוסיה, גנטיקה, ביוגוגרפיה, אסטרטגיות היסטוריית חיים18, או פלסטיות פנוטיפית19,20,21,22 . מצד שני, מכשירים כמו מצלמות מהירות ואקטוגרפים יכולים לדרוש התקנה קפדנית, מסובכת ויקרה, אבל הם יכולים גם להוביל לפרמטרים של תנועה מכווננת יותר, כגון תדרי פעימות כנף ופעילות פוטופאזה חרקים23,24. לפיכך, טחנת הטיסה המוצגת כאן משמשת כאפשרות גמישה, סבירה הניתנת להתאמה אישית לחוקרים לחקור את התנהגות הטיסה.

כמו כן, התמריץ לשלב טכנולוגיות מתפתחות בתהליך העבודה של האקולוגים ממשיך לעלות ככל שהשאלות והגישות לחקר הפיזור הופכות יצירתיות ומורכבות יותר. כמיקומים המקדמים חדשנות, makerspaces לצייר רמות מרובות של מומחיות ומציעים עקומת למידה נמוכה עבור משתמשים בכל גיל לרכוש מיומנויות טכניות חדשות10,12. האופי האיטרטיבי והשותף של מכשירים מדעיים בעלי בחן ביצרן ובאמצעות מקורות פתוחים מקוונים יכול להאיץ את היישום של תיאוריה11 ולאפשר פיתוח מוצרים במדעים האקולוגיים. יתר על כן, הגדלת הרבייה של כלים מדעיים תעודד איסוף נתונים רחב יותר ומדע פתוח. זה יכול לעזור לחוקרים לתקנן ציוד או שיטות למדידת פיזור. כלי תקינה יכולים לאפשר לאקולוגים לאחד נתוני פיזור בין אוכלוסיות על מנת לבחון מודלים של מטאופולציה המתפתחים מגרעין פיזור25 או דינמיקת קולוניזציה של כיור מקור26. בדומה לאופן שבו הקהילה הרפואית מאמצת הדפסה תלת-ממדית לטיפול בחולים וחינוך לאנטומיה27, האקולוגים יכולים להשתמש בחותך לייזר ובמדפסות תלת-ממד כדי לעצב מחדש כלים אקולוגיים וחינוך, ובמסגרת מחקר זה, יכולים לתכנן רכיבי טחנת טיסה נוספים, כגון פלטפורמות נחיתה או זרוע טחנת טיסה שיכולה לנוע אנכית. בתורו, ההתאמה האישית, העלויות והפרודוקטיביות המוגברת שמציעה טכנולוגיית Makerspace יכולים לסייע בהקמת פרויקטי פיזור עם חסם נמוך יחסית לחוקרים שמתכוונים לפתח כלים ומכשירים משלהם.

כדי לבנות טחנת טיסה זו, יש גם מגבלות מכניות ואינסטרומנטליות שניתן לשקול על ידי היצרן. מגנטים ושיפורים מודפסים בתלת-ממד מאפשרים לטחנת הטיסה להיות ביסודו נטולת דבק, למעט בניית הסוגריים הצולבים, ולהיות נגישים לחרקים בגדלים שונים. עם זאת, ככל שהמסה וכוח החרקים גדלים, חרקים עשויים להיות בעלי סיכוי טוב יותר לרדת מעצמם בעודם קשורים. מגנטים חזקים יכולים לשמש במחיר של גרירה פיתול מוגברת, או מיסבים כדוריים יכולים להחליף מסבים מגנטיים כפתרון חזק לבדיקת טיסה חרקים במשקל של כמה גרם28,29. עם זאת, מיסבים כדוריים יכולים גם להציג כמה בעיות, בעיקר כי הפעלת ניסויים ממושכים עם מהירויות גבוהות וטמפרטורות גבוהות יכול לפגוע הסיכה של מיסבים כדוריים, אשר מגביר חיכוך30. לכן, משתמשים יצטרכו להבחין אילו מכניקת טחנת טיסה תתאים בצורה הטובה ביותר לחרקים שלהם של מחקר ועיצוב ניסיוני.

באופן דומה, ישנן מספר דרכים למכשיר טחנת טיסה שהיא מעבר לשיקולי הנייר הזה. טחנת הטיסה המוצגת כאן משתמשת בחיישני אינפרא-אין כדי לזהות מהפכות, תוכנת WinDAQ כדי לתעד מהפכות, ותכנות סקריפטים לעיבוד הנתונים הגולמיים. למרות שזה קל לשימוש, תוכנת WinDAQ יש מגוון מוגבל של כלים זמינים. למשתמשים אין אפשרות לצרף הערות לערוץ המתאים שלהם, ולא ניתן לקבל התראה אם רכיב כלשהו במעגלים נכשל. מקרים אלה נפתרים על ידי זיהוי ותיקון שלהם באמצעות קוד אך רק לאחר איסוף נתונים. לחלופין, משתמשים יכולים לאמץ יותר מתוכנה אחת המציעה תכונות איסוף נתונים הניתנות להתאמה אישית28 או חיישנים שלוקחים סטטיסטיקות מהירות ומרחק ישירות, כמו אופניים מילומטרים29. עם זאת, חלופות אלה יכולות לעקוף נתונים גולמיים יקרי ערך או לפזר פונקציונליות ביישומי תוכנה רבים מדי, דבר שעלול להפוך את עיבוד הנתונים ללא יעיל. בסופו של דבר, במקום לחדש את מכשור טחנת הטיסה, פרוטוקול זה מציע פתרונות תכנות חזקים למגבלות התוכנה של ימינו.

במאמר זה, עיצוב לטחנת טיסה פשוטה משופרת מתואר כדי לסייע לחוקרים במחקרי הפיזור שלהם ולעודד שילוב של טכנולוגיות מתפתחות בתחום האקולוגיה ההתנהגותית. טחנת טיסה זו מתאימה לאילוצים של אינקובטור, מחזיקה עד שמונה חרקים בו זמנית, והופיכת איסוף ועיבוד נתונים לאוטומטיים. ראוי לציין, שיפורים מודפסים 3D שלה לאפשר למשתמש להתאים את זרוע הטחנה ואת גבהים חיישני אינפרא-זמן כדי לבדוק חרקים בגדלים שונים ולפרק את המכשיר לאחסון מהיר או תחבורה. הודות לגישה מוסדית ליצרן משותף, כל השיפורים היו בחינם, ולא נצברו עלויות נוספות בהשוואה לטחנת הטיסה הפשוטה והמודרנית. כל התוכנות הדרושות הן בחינם, המעגלים האלקטרוניים פשוטים, וניתן לשנות את כל הסקריפטים כדי לעקוב אחר הצרכים הספציפיים של העיצוב הניסיוני. יתר על כן, אבחון מקודד מאפשר למשתמש לבדוק את התקינות והדיוק של ההקלטות שלהם. לבסוף, פרוטוקול זה ממזער את הלחץ שנגרם על ידי חרק על ידי ציור מגנטי וקקשורת חרקים לזרוע הטחנה. עם ההרכבה של טחנת הטיסה הפשוטה כבר נגישה, סבירה וגמישה, השימוש בטכנולוגיות Makerspace כדי לשפר את טחנת הטיסה הפשוטה יכול להעניק לחוקרים את המרחב להתגבר על הצרכים הספציפיים שלהם ללימוד טיסה ויכול לעורר עיצובים יצירתיים של טחנת טיסה מעבר לשיקולי הנייר הזה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. לבנות את טחנת הטיסה ב-Makerspace

  1. בלייזר חותכים ומרכיבים את מבנה התמיכה בפלסטיק אקרילי.
    1. השתמש 8 (304.8 מ"מ x 609.6 מ"מ x 3.175 מ"מ) יריעות אקריל שקופות בעובי 3.175 מ"מ כדי לבנות את מבנה התמיכה בפלסטיק אקריליק. ודא כי החומר אינו פוליקרבונט, אשר נראה דומה אקריליק אבל יימס במקום להיחתך מתחת ללייזר.
    2. אתר את חותך הלייזר במרחב היצרני. פרוטוקול זה מניח makerspace יש חותך לייזר כפי שהוזכר בטבלת החומרים. עבור חותכי לייזר אחרים, קרא את הגדרות חותך הלייזר כדי לקבוע איזה צבע קו או עובי נדרשים כדי להגדיר את קווי הקובץ להיות לחתוך בלייזר או חרוט (לא להיות רסטר).
    3. פתחו את Adobe Illustrator, Inkscape (חינם) או עורך גרפיקה וקטורי אחר. הכן קובץ שקורא את עיצוב התמיכה האקרילית בתבנית וקטורית עם הקווים הנ"ל המוצגים באיור 1. צרו קווי קבצים ב- Adobe Illustrator במצב אדום, ירוק וכחול (RGB) עם קו של 0.0001 נקודות שבהן RGB Red (255, 0, 0) חותך קווים וקווי RGB Blue (0, 0, 255).
    4. כאמצעי זהירות, בדוק וחשב kerf עבור כל מדידות חריץ וחור. עצבו ובדקו את מפתח ה-kerf(איור 1 משלים).
      הערה: רוחב הקרן יכול להשתנות בהתאם לרוחב הקרן של חותך הלייזר, לרוחב החומר ולסוג החומר המשמש.
    5. שמור את עיצובי התמיכה האקרילית ואת מפתח ה- kerf כסוגי קבצים קריאים כגון קבצי .ai, .dxf או .svg. כדי לשלוח את העבודה לחותך הלייזר, הדפס את הקובץ על המכונה המקומית של חותך הלייזר ולאחר מכן פתח את תוכנת הלייזר.
      הערה: אם מודפסים כראוי, כל קווי החיתוך הווקטוריים בעיצוב יופיעו עם הצבעים המתאימים בלוח הבקרה של תוכנת הלייזר.
    6. בחר את החומר כפלסטיק ולאחר מכן את סוג החומר כאקריל. לדיוק נוסף, מדוד את עובי החומר בעזרת קליפר והזן את עוביו בשדה עובי החומר. הפעל אוטומטית את ציר Z של מוקד החומר. הגדר את סוג האיור כ'ללא' והותיר את העוצמה על 0%. כדי לשנות מדדים מתקדמים בחותך הלייזר, כגון ההספק של % הלייזר או % מהירות, בדוק באמצעות מפתח ה- kerf.
      הערה: כלל האצבע הוא שכפי שהחומר עבה יותר, כך נדרש יותר כוח במהירות נמוכה יותר.
    7. לפני החיתוך, פעל בהתאם להנחיות Makerspace לגבי הפעלה, שימוש ותחזוקה של חותך הלייזר. מניחים את החומרים בחלל המדפסת וחותכים את תומכי האקריליק.
      הערה: כדי למנוע נזק אפשרי לעיניים, אין להסתכל על הלייזר או להשאיר כל יריעת אקריל ללא השגחה בעת חיתוך.
    8. נקה חומר עודף מחלל המדפסת והרכב את מבנה התמיכה. הרכבה על ידי החדרת כל מדף אופקי לחריץ הפתוח של הקירות האנכיים החיצוניים והקיר האנכי המרכזי כפי שכותרתו באיור 2A. ודא כי החורים בין המדפים האופקיים מיושרים.
  2. הדפס תלת-ממדי את תומכי הפלסטיק.
    1. פתח דפדפן אינטרנט וצור חשבון בתוכנית מידול תלת-ממדית מקוונת. עיין באפשרות 'טבלת חומרים' לקבלת חשבון ללא תשלום.
    2. לחץ על עיצובים תלת-ממדיים > צור עיצוב חדש. כדי לשכפל את העיצובים המודפסים בתלת-ממד המדויקים של מחקר זה כפי שניתן לראות באיור 3, הורד את הארכיון 3D_Prints.zip (הדפסות תלת-ממדיות משלימות)והעבר את התיקיה לשולחן העבודה. פתח את הברז ופתח את התיקיה. בדף האינטרנט המקוון של תוכנית מידול תלת-ממדית, לחץ על יבא בפינה השמאלית העליונה ובחר את קבצי .stl
      הערה: שכפולים או אובייקטים מרובים של עיצוב יכולים למלא את לוח העבודה וחסכו כקובץ .stl יחיד כל עוד המשתמש מרסן את האובייקטים בגבולות אזור הבנייה של מדפסת תלת-ממד. העצם הגדול ביותר שמדפסת תלת-ממד יכולה להדפיס הוא באורך 140 מ"מ x רוחב של 140 מ"מ x עומק של 140 מ"מ. עם זאת, אל תסובב את האובייקטים לאורך ציר z שלהם כאמצעי להגדלת מספר האובייקטים בשטח בנייה. הסיבה לכך היא שהאובייקטים שהורדו הוצבו כדי למזער את ההגזמות, וכך ניתן להדפיסם בצורה אופטימלית עם התמיכות המינימליות הדרושות.
    3. כדי ליצור באופן עצמי או לבצע התאמות בעיצובים, בצע את ערכות הלימוד של אתר האינטרנט, בצע עריכות ולאחר מכן יצא את העיצובים החדשים כקבצי .stl בסך הכל, 8 מסילות מדריך ליניאריות (אורך 100.05 מ"מ x רוחב 23.50 מ"מ x עומק 7.00 מ"מ), 16 קוביות מסילות מדריך ליניאריות (אורך 22.08 מ"מ x רוחב 11.47 מ"מ x עומק 12.47 מ"מ), ברגים 12 עד 20 (אורך 9.00 מ"מ x רוחב 7.60 מ"מ x עומק 13.00 מ"מ), 15 סוגריים צולבים (אורך 50.00 מ"מ x רוחב 50.00 מ"מ x עומק 20.00 מ"מ), 16 מחזיקי מגנט (אורך 12.75 מ"מ x רוחב 12.50 מ"מ x עומק 15.75 מ"מ), תמיכה בצינור 16 (אורך 29.22 מ"מ x רוחב 29.19 מ"מ x עומק 11.00 מ"מ), 16 מסילות מדריך ליניאריות קצרות תומכות (אורך 40.00 מ"מ x רוחב 11.00 מ"מ x עומק 13.00 מ"מ), ו-16 מסילות מדריך ליניאריות ארוכות (אורך 40.00 מ"מ x רוחב 16.00 מ"מ x עומק 13.00 מ"מ) צריך להיות מודפס בתלת-ממד. כדי להשיג את המראה של כל עיצוב מסילות יישור ליניאריות, לחץ על האובייקט, הקש Mובחר את החץ המתאים לרוחב האובייקט.
      הערה: ראה שלב 1.3.6. לקבלת מידע נוסף על יתדות מסילת המדריך הליניאריות.
    4. הורד והתקן תוכנת חיתוך הדפסה בתלת-ממד כדי להמיר קבצי .stl לקובץ .gx קריא למדפסת תלת-ממד. עיין בטבלת החומרים כדי להוריד את התוכנה החינמית.
      הערה: תוכניות המרה אחרות מקובלות, אך פרוטוקול זה מניח ש- makerspace משתמש במדפסת התלת-ממד ומדפיס תוכנה לניתוח כפי שמתייחסים אליה בטבלת החומרים.
    5. לחץ פעמיים על הסמל של תוכנת חיתוך ההדפסה בתלת-ממד כדי להפעיל את התוכנה. לחץ על הדפס > סוג מחשב ובחר את מדפסת תלת-ממד הממוקמת במרחב היוצר.
    6. לחץ על סמל טען כדי לטעון קובץ מודל .stl ולהציג את האובייקט באזור הבנייה.
    7. בחר את האובייקט ולחץ פעמיים על סמל העבר. לחץ על פלטפורמה כדי להבטיח שהמודל נמצא בפלטפורמה. לחץ על מרכז כדי למקם את האובייקט במרכז אזור הבנייה או גרור את האובייקט עם מצביע העכבר כדי למקם את האובייקט באזור הבנייה.
    8. לחץ על סמל הדפסה. ודא שסוג החומר מוגדר כ- PLA, תומך ורפסודה מופעלים, הרזולוציה מוגדרת כסטנדרטוטמפרטורת המהלל תואמת לטמפרטורה המוצעת על-ידי מדריך המדפסת 3D. ניתן לשנות את הטמפרטורה בתוך אפשרויות נוספות >> הטמפרטורה.
    9. לחץ על אישור ושמור את קובץ ה- .gx בתיקיה 3D_Prints או במקל USB אם לא ניתן להעביר את הקובץ למדפסת תלת-ממד באמצעות כבל USB.
    10. אתר את מכונת ההדפסה התלת-ממדית של Makerspace. כייל את המכבש וודא שיש מספיק חוט להדפסה. העבר את קובץ ה- .gx למדפסת תלת-ממד והדפס את כל הסוגים והכמויות של תמיכה ושיפורים מפלסטיק. עבור כל הדפסה, ודא כי חוט נדבק כראוי לצלחת.
  3. הרכיבו הדפסות תלת-ממדיות על מבנה התמיכה באקריליק.
    1. כדי להציג באופן חזותי את כל התמיכות במקום, ראו איור 2B.
    2. דבק חם את יריעות הניאופרן בעובי 3.175 מ"מ על הקירות הפנימיים של הסוגר הצולב. כאשר יבש, להכניס את הסוגריים הצולבים בצמתים של מדפי אקריל והקירות בחלק האחורי של המכשיר כדי לייצב את טחנת הטיסה.
    3. במידת האפשר, יש להשתמש בברגים מודפסים בתלת-ממד כדי למזער את ההשפעה המגנטית של ברגי ברזל. הבורג בצינור תומך בתחתית ובחלק העליון של כל תא. ודא שהתמיכות בצינור העליון והתחתון מיושרות.
    4. הכנס צינור פלסטיק באורך 30 מ"מ (קוטר פנימי (ID) 9.525 מ"מ; קוטר חיצוני (OD) 12.7 מ"מ) לתמיכה בצינור העליון וצינור פלסטיק באורך 15 מ"מ (ID 9.525 מ"מ; OD 12.7 מ"מ) לתוך התמיכה בצינור התחתון של כל תא. לאחר מכן, הכנס צינור פלסטיק באורך 40 מ"מ (ID 6.35 מ"מ; OD 9.525 מ"מ) לתוך הצינור העליון וצינור פלסטיק באורך 20 מ"מ (ID 6.35 מ"מ; OD 9.525 מ"מ) לתוך הצינור התחתון. ודא כי יש חיכוך חזק מספיק בין הצינורות כדי להחזיק את הצינורות במקום, אבל לא יותר מדי כי הצינור הפנימי עדיין יכול להחליק למעלה ולמטה אם נמשך על. אם צינורות מעוותים, להטביע קטעים של הצינורות במשך 1 דקות במים רותחים. ליישר את הצינורות על מגבת, לאפשר להם להגיע לטמפרטורת החדר ולאחר מכן להכניס את הצינורות.
    5. מניחים את שני מגנטי הניאודימיום עם החיכוך הנמוך (קוטר 10 מ"מ; אורך 4 מ"מ; 2.22 ק"ג כוח החזקה) בכל תמיכה במגנט. ודאו שכל זוג מגנטים דוחה זה את זה. לאחר מכן, יש להקפיץ בחוזקה צינור פנימי לכל מגנט תמיכה כך שכוח המשיכה הפועל על המגנטים והתמיכה במגנט אינו חזק מספיק כדי להעביר את התמיכה מהצינור הפנימי.
    6. פונה לאותו כיוון, החלק שני קוביות מסילות מדריך ליניאריות לתוך מעקה המדריך הליניארי. יש להקם את מסילות המדריך הליניאריות וחוסמים זקופים אל החלונות על הקירות האנכיים החיצוניים. ודא שפתיחת הבלוק פונה כלפי מעלה. כדי לאבטח מעקה מדריך ליניארי אחד במקום, השתמש בשתי מסילות מדריך ליניאריות קצרות, שתי תומכות ארוכות של מסילות מדריך ליניאריות, ארבעה ברגי ברזל באורך 10 מ"מ (M5; גובה חוט 0.8; קוטר 5 מ"מ), שני ברגי ברזל באורך 20 מ"מ (M5; גובה חוט 0.8 מ"מ) ושני אגוזים משושה (M5; גובה חוט 0.8 מ"מ; קוטר 5 מ"מ). איור 2C מציג את ההרכבה המלאה של מסילת המדריך הליניארית.
      הערה: חריצים פתוחים במעקה המדריך הליניארי נועדו לשמש אם ורק אם מסילת הנחיית הליניארית תישחק על ידי החלקה חוזרת ונשנית של הבלוק שלה. אם כן, הדפס יתד בצורת T קטנה שנמצאה בתיקיה 3D_Prints.
  4. בנה את זרוע הציר.
    הערה: מקטעים משנה 1.4.1 ו- 1.4.2 שקולים לחלקים משנה 1.2.2. ו-1.2.3. ב אטיסאנו ואח ' 2015 שיטות נייר13.
    1. לנקב את המסנן של 20 μL מסונן pipette קצה בנקודת המרכז שלה באמצעות סיכה אנטומולוגית. לאחר מכן, לדחוף את הסיכה דרך קצה פיפטה עד קצות הפלדה של הסיכה בולטת מגוף קצה הפיפטה. ודא שהמסנן של קצה הפיפטה מאבטח את הסיכה במקומה. הסיכה משמשת כציר זרוע טחנת הטיסה.
    2. כדי למקסם את שטח התא, חתוך צינורות פלדה hypodermic 19 G לא מגנטי אורך של 24 ס"מ (1 ס"מ פחות מרוחב של תא טיסה). דבק חם את הסיכה הבולטת ואת הכתר של קצה פיפטה מהשלב 1.4.1. לנקודת האמצע של הצינורות. כופפו קצה אחד של הצינורות ב 2 ס"מ מהקצה לזווית של 95°.
      הערה: כדי לתעדף את גודל החרקים במקום למקסם את שטח התא, קצר את רדיוס הזרוע לחרקים קטנים יותר או לעונים חלשים. זרוע טיסה ארוכה יותר יכולה גם להיות מורכבת אם קיר האקריליק המרכזי מוסר לחרקים גדולים יותר או עלונים חזקים. יתר על כן, הסוף המכופף של הזרוע יכול לתמוך בזוויות שונות על מנת למקם את החרק בכיוון הטיסה הטבעי שלו.
    3. כדי לבדוק את המתלה המגנטי שלו, מקם את הזרוע בין הסט העליון של מגנטים. ודא שהזרוע המסתובבת מסתובבת בחופשיות סביב הסיכה המושעית אנכית.
    4. הדבק את שני מגנטים ניאודימיום חיכוך נמוך (קוטר 3.05 מ"מ; אורך 1.58 מ"מ; 0.23 ק"ג החזקת כוח) על הקצה הכפוף של זרוע הציר לקשור את החרק צבוע מגנטית לטיסה (מסה של זרוע טחנת טיסה עם מגנטים = 1.4 גרם). בקצה הלא מנוצח של זרוע הציר, לעטוף חתיכת רדיד אלומיניום (מסה לכל אזור = 0.01 גרם / ס"מ2) כדי ליצור דגל. דגל רדיד הכסף משמש כמשקל נגד, ובשל תכונותיו המשקפת מאוד, הוא שובר באופן אופטימלי את קרן ה- IR שנשלחה ממשדר חיישן IR למקלט.
      הערה: הקוטר של קרן ה- IR הוא לכל היותר 2.4 מ"מ, כך שהרוחב המינימלי האופטימלי של דגל רדיד הכסף הוא 3 מ"מ. רוחב דגל רדיד אלומיניום של 3 מ"מ ומוצב כדי לשבור את קרן אור ה- IR מול עדשת הפולט של החיישן תיצור ירידה במתח הניתנת לזיהוי במהלך ניתוחים.
  5. הגדר את חיישן אינזא-אר ואוגר הנתונים.
    1. מקם את משדר חיישן IR בתוך בלוק מסילות המדריך הליניארי העליון עם פולט הקרן הפונה כלפי מטה. לאחר מכן, מקם את מקלט חיישן אינך-אר בתוך הבלוק התחתון הפונה כלפי מעלה.
      הערה: ניתן להפריד את החיישנים (אורך 20 מ"מ x רוחב 10 מ"מ x עומק 8 מ"מ) עד למרחק של 250 מ"מ ועדיין לתפקד; לכן, הם יפעלו גם כאשר ממוקמים בקיצות מסילת הנחיה ליניארית של כ -100 מ"מ.
    2. על לוח לחם ללא הלחמה, חברו את משדר המשדר והמקלט של חיישן IR בסדרה עם לוגר נתוני הקלט האנלוגי בן 4 הערוצים, כפי שמוצג במעגל האלקטרוני באיור 4A. חבר תחילה את קלט משדר חיישן אינפרא-אין-ר (לא המקלט), לאחר הנגד Ω 180. מקם עוד 2.2 ק"ג נגד לפני הפלט של חיבור מקלט IR. קבעו את תצורת המעגל האלקטרוני של כל ערוץ בשורות חלופיות לאורך לוח הלחם כדי למזער רעש באות המתח מחיישנים מרובים במהלך ההקלטה (איור 4B).

2. לערוך ניסויי טיסה

  1. קשרו חרקים מגנטית לזרוע טחנת הטיסה.
    1. כדי למזער את הלחץ המונח על החרק, יש למרוח צבע מגנטי על הפרונוטום של החרק באמצעות קיסם או אפליקטור מדויק עדין (20 גרם קצה). תן לצבע להתייבש לפחות 10 דקות. לאחר הייבוש, חברו את החרק למגנטי הזרוע של טחנת הטיסה. עיין באיור 5, לדוגמה, של ציור מגנטי וקשירת חרקים בגדלים שונים. פרוטוקול זה משתמש המטוקומה Jadera (באג soapberry) כחרק מודל עבור קשירת טיסה וניסויים ניסוי.
      הערה: למשיכה חזקה יותר בין החרק לבין מגנטי הזרוע, יש למרוח שכבות מרובות של צבע מגנטי. בנוסף, החליפו את המגנטים המחוברים לסוף זרוע טחנת הטיסה בגדלי מגנט המתאימים בצורה הטובה ביותר לשדה הראייה, המסה והכנפיים של החרקים.
    2. לטוס עד 8 חרקים בכל פעם בטחנת הטיסה. צבע להכין לפחות 16 חרקים על מנת לבדוק חרקים מרובים ברצף במהלך הקלטה אחת.
    3. כדי להסיר את הצבע המגנטי לאחר הבדיקה, שבב את הצבע עם מלקחיים עדינים ולהיפטר ממנו על פי הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) ומינהל בטיחות ובריאות תעסוקתית (OSHA) תקנות.
  2. הקלט חרקים מרובים ברצף מבלי לסיים הפעלת הקלטה באמצעות הכלי הערת סמן אירוע של WinDAQ.
    1. הורד והתקן את תוכנת ההקלטה וההשמעה של נתוני WinDAQ בחינם.
    2. צור תיקיה חדשה בשם Flight_scripts בשולחן העבודה. צור חמש תיקיות חדשות עם השמות המדויקים הבאים בתוך התיקיה Flight_scripts: נתונים, files2split, הקלטות, split_files ו- standardized_files. הורד את גליון הנתונים.xlsx (קובץ משלים 1) וגרור את הקובץ לתיקיית הנתונים בספריה Flight_scripts.
    3. השתמש בגליון הנתונים.xlsx כתבנית ידנית להקלטת נתונים. דרושים לפחות ארבע עמודות: מספר הזיהוי של הבאג, האם הבאג מת לפני שנבדק, מספר ערכת ההקלטה, והתא המורכב מאותיות הערוץ ומספר הערוץ (למשל, 'A-1', 'B-4'). עיין באיור 2A לקבלת תצורה אפשרית אחת של התא.
    4. פתח את לוח המחוונים של WinDAQ, בחר את אוגרי הנתונים מרשימת תיבות הסימון ולחץ על 'התחל תוכנת Windaq'. ייפתח חלון חדש עבור כל לוגר נתונים שנבחר, ואות הקלט מכל חיישן יוצג.
    5. הגדר תדירות דגימה על-ידי לחיצה על ערוך > קצב דגימה. הקלד תדירות דגימה של 100 דוגמאות לשנייה בתיבה קצב לדוגמה/ערוץ ולחץ על אישור.
      הערה: פרוטוקול זה מציע 100 S/s מכיוון ששפלות, שהן ירידות במתח הנובעות מהדגל המפריע לקרן חיישן ה- IR, עדיין יגיעו לירידה מינימלית במתח של 0.36 V למהירויות של 1.7 מ'/ש'. בתורו, רעש, אשר יש ירידה מקסימלית במתח של 0.10 V, עדיין ניתן לסנן במהלך סטנדרטיזציה מבלי לסנן שוקת אמיתית. בנוסף, קצב דגימה של 100 S/s מקל על המשתמש לראות את שוקת על צורת הגל על המסך במהלך ההקלטה ואחריה. אם מתרחשות שגיאות במהלך ההקלטה, המשתמש יכול להבחין במהירות שוקת משגיאות או רעש. ראו איור 2 משלים להשוואות בין מספר תדרי דגימה נמוכים.
    6. כדי להתחיל הפעלת הקלטה חדשה, הקש על קובץ > הקלטה. בחר את המיקום של קובץ ההקלטה בחלון המוקפץ הראשון. כתוב את שם הקובץ בקפידה. קבצים צריכים להיות לפחות את הדברים הבאים בשמם: מספר ערכת ההקלטה ומכתב הערוץ. דוגמה לשם קובץ המעוצב בקבצי ה- Script של פייתון היא כדלקמן: T1_set006-2-24-2020-B.txt. עיין split_files.py שורות 78-87 מהתיקיה Flight_scripts כדי לקבל פרטים נוספים. לאחר מכן, לחץ על אישור.
    7. בחלון המוקפץ הבא, הזן את האורך הצפוי של הקלטת הטיסה. לחץ על אישור כאשר החרקים נמצאים בעמדה להתחיל לעוף. לאחר שחלף זמן ההקלטה, הקש Ctrl-S כדי לסיים את הקובץ. אל תלחץ על Ctrl-S אלא אם כן יש צורך לסיים את ההקלטה מוקדם.
      הערה: אם הקובץ מסתיים מוקדם מדי על-ידי הקלדת Ctrl+S או שאורך הזמן הנ"ל היה קצר מדי, צרף הקלטה חדשה לקובץ קיים על-ידי לחיצה על קובץ > רשומה. בחר את הקובץ שאליו יש לצרף ולחץ על כן בחלון המוקפץ הבא.
    8. בעת הוצאת חרקים שנבדקו במהלך ההקלטה, הכנס סמן אירוע מוער של החרק הנכנס בתאו הנבחר. הקלט תמיד באופן ידני את תעודת הזהות, התא וקצת ההקלטות של החרק הנכנס בגליון הנתונים.xlsx לפני החלפת חרקים.
    9. כדי להפוך הערה סמן אירוע, לחץ על מספר הערוץ. לאחר מכן, לחץ על ערוך > הוסף סימון עם הערות. הגדר את ההערה עם מספר הזיהוי של החרק החדש שנכנס לתא. לחץ על אישור והעמיס את החרק לתא.
  3. דמיין הערות סמן אירוע באופן חזותי והמרת קובץ מ- WDH ל- TXT.
    1. פתח קובץ WDH. הצג הערות סמן אירוע באופן חזותי על-ידי לחיצה על עריכת דחיסת> ... ולאחר מכן לחץ על לחצן מקסימום כדי לדחוס באופן מלא את צורת הגל לחלון אחד(איור 6A).
    2. בדוק אם יש חריגות בהקלטה.
      הערה: סוגי החריגות או הכשלים בהקלטה מוצגים באיור 6. אלה מאובחנים מאוחר יותר ומתוקנים בכתבי פייתון.
    3. שמור את הקובץ בתבנית .txt על-ידי העברת הקובץ > שמירה בשם. בחר את תיקיית ההקלטות בתוך הספריה Flight_scripts כמיקום לשמירת הקובץ. בחר את סוג הקובץ כהדפסת גיליון אלקטרוני (CSV) בחלון המוקפץ וכתוב את שם הקובץ באמצעות .txt בסוף. לחץ על שמור. בחלון המוקפץ הבא, בחר קצב דגימה, שעה יחסית ותאריך ושעה. הקלד 1 בין מספר ערוץ לסמני אירועים. בטלו את הבחירה בכל האפשרויות האחרות ולחצו על הלחצן 'אשר' לשמירת הקובץ.

3. לנתח נתוני טיסה

  1. פצל קבצים לפי הערות של סמן אירוע.
    1. התקן את הגירסה העדכנית ביותר של פייתון. כל התסריטים בפרוטוקול זה פותחו בגרסה 3.8.0 של פייתון.
    2. הורד את סקריפטים Python הבאים: split_files.py, standardize_troughs.py, ו flight_analysis.py ( קבציקידוד משלימים). העבר את קבצי ה- Script לתיקיה Flight_scripts.
    3. ודא כי Python מעודכן ולהתקין את הספריות הבאות: csv, os, sys, re, datetime, שעה, numpy, מתמטיקה, ו matplotlib. כדי לבחון את הפונקציות הראשיות ואת מבני הנתונים של הסקריפטים, עיין בסכמטי באיור 3 המשלים.
    4. פתח את קובץ .xlsx גליון הנתונים ושמור כ- CSV על-ידי שינוי תבנית הקובץ ל- CSV UTF-8 (מופרד באמצעות פסיקים) אם פועל Windows או Macintosh Comma מופרדים אם פועל Mac.
    5. פתח את סמל split_files.py עם עורך הטקסט המועדף. אם אין העדפה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על סמל ה- Script ובחר פתח עם IDLE.
    6. קוד מחדש שורות 133-135 ו- 232-233 אם המשתמש כתב שם קובץ שונה מהתבנית המוצעת ('T1_set006-2-24-2020-B.txt'). כדי לקודד מחדש את קובץ ה- Script כך שיתאימו לשמות קבצים שונים באמצעות הפונקציה split(), ראה שורות 116-131.
    7. בשורה 266, הקלד את הנתיב לתיקיה Flight_scripts והפעל את קובץ ה- Script. לאחר ריצה מוצלחת, התסריט יוצר קבצי ביניים .txt של מזהי חרקים ממופים בתיקייה files2split וקבצי .txt עבור כל חרק שנבדק בכל ערכת הקלטות בתיקיה split_files, בתוך הספריה Flight_scripts.
      הערה: בנוסף, במעטפת Python, משתמשים צריכים לראות הצהרות הדפסה של שם הקובץ, אילו חרקים מוחלפים בסמן אירוע ממוספר, ואשר קבצים מפוצלים ומיוצר לקבצים חדשים על ידי מזהה חרקים.
  2. תקן ובחר את שוקת באות המוקלט.
    1. פתח את סמל standardize_troughs.py עם עורך הטקסט המועדף. אם אין העדפה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על סמל ה- Script ובחר פתח עם IDLE.
    2. בשורה 158, הקלד את תדר הדגימה.
    3. בשורה 159, הקלד את הנתיב לתיקיה Flight_scripts והפעל את קובץ ה- Script. אם קובץ ה- Script פועל בהצלחה, הוא יוצר קבצים בתיקיה standardized_files בספריה Flight_scripts.
      הערה: כל הקבצים צריכים להתחיל ב- 'standardized_' ולהסתיים בשם הקובץ המקורי.
    4. בדוק את איכות ההקלטות: פתח את trough_diagnostic.png שנוצר על-ידי standardize_troughs.py הממוקמת בתיקיה Flight_scripts. ודא שכל הרשומות חזקות לשינויים בערך המתח המינימלי והמקסימום של מרווח התקינה הממוצע.
      הערה: הקלטות עשויות להיות הרבה רעש או יש שוקת רגישה מדי אם הם מציגים ירידות גדולות במספר שוקת מזוהה כאשר ערכי הסטייה המינימלי והמקסימום גדלים. ניתן גם לקוד, לבצע ולתוות אבחון נוסף עבור גורם הנורמליזציה המיני-מקס. שיטה חלופית לבדיקת איכות ההקלטה מתוארת בשלבים 2.3.1. ו-2.3.2. של אטיסאנו ואח ' 2015 שיטות נייר13.
    5. הערך את האבחון, קו ביטול ההסתה 198 וציין את ערכי הסטייה המינימליים והמקסימום, המגדירים את ערכי המינימום והמקסימום סביב המתח הממוצע המשמש לביצוע התקינה עבור כל הקבצים. ברירת המחדל היא V 0.1 עבור כל ערך סטייה.
      הערה: בשורה 53, המשתמש יכול גם לציין את סף גורם הנורמליזציה של המיני-מקס כדי לזהות מתח הרבה מתחת לערך הסף.
    6. הסט את השורה 189 לאחר הזנת ערכי הסטייה ולאחר מכן הפעל את קובץ ה- Script. קובץ ה- Script יפעיל את התקנות ביעילות עבור כל הקבצים (מהיר כמעט פי 25).
  3. נתח את מסלול הטיסה באמצעות הקובץ הסטנדרטי.
    1. פתח את סמל flight_analysis.py עם עורך הטקסט המועדף. אם אין העדפה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על סמל ה- Script ובחר פתח עם IDLE.
    2. בשורות 76-78, ערוך את תיקון המהירות האופציונלי המדכא סיבובים נוספים של זרוע הטחנה לאחר שחרק מפסיק לעוף. קבע ערך סף זה בזהירות בעת עבודה עם חרקים מעופפים איטיים.
    3. בשורה 121, ערוך את סף המהירות כדי לתקן קריאות מהירות שגויות, כגון מהירויות גבוהות במיוחד או מהירויות שליליות. בשורה 130, ערוך את ערך מרווח הזמן כדי לסנן פערים ארוכים המתרחשים בין שני התקפי טיסה רצופים ללא הפרעה.
    4. בשורה 350, הקלד את הנתיב לתיקיה שבה נשמרים הקבצים הסטנדרטיים .txt *.
    5. בשורה 353, הזן את אורך רדיוס הזרוע המשמש במהלך ניסויים, המגדיר את נתיב הטיסה המעגלי שהוטס למהפכה על ידי החרק.
    6. זהה את יחידות SI של המרחק והזמן כמחרוזות בשורות 357 ו- 358, בהתאמה.
    7. בשורות 388-397, השתמש בפונקציה המפוצלת כדי לחלץ, לכל הפחות, את מספר הזיהוי של החרק ואת המספר שנקבע והתא שבו החרק עף משם הקובץ. התסריט עוקב אחר הדוגמה המקיפה של שם הקובץ 'standardized_T1_set006-2-24-2020-B.txt'. במידת הצורך, פשט שם קובץ זה כפי שהוצע בשלב 2.2.6, והער או מחק משתנים כגון סוג ניסיון בשורות 392 ו- 401, אם לא נעשה בהם שימוש.
    8. ציין את כל הגדרות המשתמש, שמור והפעל את קובץ ה- Script. אם הפעלת התסריט מוצלחת, היא מדפיסה את מספר הזיהוי, התא וסטטיסטיקת הטיסה המחושבת המתאימים של החרק במעטפת פייתון. בנוסף, הוא יוצר קובץ flight_stats_summary.csv המורכב מהמידע המודפס במעטפת Python ושומר את קובץ .csv בתיקיית הנתונים של הספריה Flight_scripts.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

נתוני הטיסה התקבלו באופן ניסיוני במהלך חורף 2020 באמצעות שדה שנאסף J. haematoloma מפלורידה כחרקים לדוגמה (ברנאט, א.ו. וסנצר, מ.ל. , 2020, נתונים שלא פורסמו). ניסויי טיסה מייצגים נערכו במחלקה לאקולוגיה ואבולוציה באוניברסיטת שיקגו, כפי שמוצג בהמשך באיור 6, איור 7, איור 8 ואיור 9. טחנת הטיסה הוקמה בתוך אינקובטור להגדיר 28 °C /27 °C (יום / לילה), 70% לחות יחסית, ומחזור 14 שעות אור / 10 שעות כהה. עבור כל ניסוי, מסלול הטיסה של באגים מרובים נרשם כל מאית שנייה על ידי תוכנת WinDAQ עד 24 שעות. לאחר ניסויים ראשוניים, התנהגות הטיסה סווגה לטיסה מתפרצת ולטיסה רציפה. מתפרצים עפו באופן לא סדיר במשך פחות מ -10 דקות בכל פעם, ועלונים רציפים טסו ללא הפרעה במשך 10 דקות או יותר. כל אדם שלא הפגין התנהגות טיסה רציפה בשלב הבדיקה של 30 הדקות שלו הוצא מטחנת הטיסה והוחלף בבאג חדש ובמזהה הנלווה אליו בהערת סמן אירוע. כל החרקים שהפגינו טיסה רציפה נשארו על טחנת הטיסה מעבר ל -30 דקות עד שהפסיקו לטוס. באגים הוחלפו בין השעות 8 בבוקר ל -16:00 בכל יום. כפי שמיוצג באיור 9, ניסויי טיסה של אנשים בהקלטה של יום השתנו באורך של 30 דקות ל-11+ שעה. על-ידי הוספת סמני אירועים בנוסף לאנשים חדשים, מבנה נתונים מורכב זה מעובד בהצלחה באמצעות סקריפטים של פייתון, והקוד מסייע למשתמשים לדמיין את היקף הניסויים שלהם. ההתקנה הניסיונית המוצעת לוכדת את קיבולת הטיסה המלאה של חרקים; עם זאת, הוא משמיט את הייתכן של התבוננות תקופתית הטיסה. למשתמשים יש אפשרות להתאים את ניסויי הטיסה שלהם למדדי טיסה שונים ולבחור אילו התנהגות טיסה או אסטרטגיות הם הכי רוצים לבדוק.

צורת הגלים ומפות החום האבחונית על המסך מאפשרות גם לזהות פערים או לפתור חוסר עקביות בנתוני מעקב הטיסה. איור 6A מציג סדרה של ניסויים שנתוני הטיסה שלהם נרשמו בהצלחה עבור כל הערוצים ללא רעש או הפרעה. הוא גם מציג את כל הערות סמן האירוע שנעשו במהלך ההקלטה. איור 6B מראה רגע שבו האות המוקלט אבד בערוץ 3, והוריד את המתח מיד ל-0 V. זה היה כנראה בגלל המעבר של חוטים פתוחים או התרופפות של חוטים. ישנם גם אירועים מסוימים במהלך ההקלטה שעלולים להתרחש אך מתוקנים עבורם בקבצי התסריט של פייתון. זה כולל שוקת כפולה, שוקת מראה, ורעש מתח(איור 6C,D). אירועים אלה מובילים לקריאות שווא, אך ניתן לזהות אותם ולהסיר אותם באופן אמין במהלך ניתוחים. איור 7 משווה שלושה קבצי נתונים כדי להראות כיצד רעש או שוקת רגישים בנתוני ההקלטה אובחנו במהלך תהליך התקינה. הראשון(איור 7A)הוא קובץ ששפלותיו שנוצרו על ידי כל מהפכה בזרוע טחנת הטיסה היו חזקות, כלומר הן חרגו במידה רבה מהמתח הממוצע של הקובץ. בתורו, ככל שמרווח התקינה סביב הממוצע גדל, לא חל שינוי במספר שוקת שזוהו. זה הציע כי לא היה רעש מתח, ולאחר מכן המשתמש יכול להיות בטוח בדיוק של התקינה. מצד שני, בקובץ השלישי (איור 7C) היו שוקת רגישה מדי או שהיו בעלי רעש מתח חיצוני שלא סטה במידה רבה מהמתח הממוצע של הקובץ. כתוצאה מכך, מספר שוקת שלה ירד באופן משמעותי ככל מרווח התקינה סביב הממוצע גדל. לאחר מכן מומלץ להסתכל אחורה לתוך קובץ ההקלטה המקורי WDH כדי לאשר אם החרק באמת עף.

על ידי התוויית מהירות הטיסה וסטטיסטיקת משך הזמן של הפרט, ניתן לאפיין עוד יותר את התנהגות הטיסה לארבע קטגוריות טיסה: התפרצויות (B), התפרצויות רציפה (BC), פרצים רציפים להתפרצויות (CB) ורציפות (C), כפי שהם מיוצגים באיור 8. אדם שהפגין טיסה רציפה טס ללא הפרעה במשך 10 דקות או יותר לפחות עד סוף שלב הבדיקה של 30 הדקות שלו(איור 8A). אדם שטס באופן ספורדי לאורך שלב הבדיקה של 30 הדקות שלו הציג טיסה מתפרצת(איור 8B). אדם שהציג בתחילה טיסה רציפה במשך יותר מ -10 דקות ולאחר מכן התחדק בשלב הבדיקה של 30 דקות להתפרצויות ספורדיות הפגין טיסה רציפה עד מתפרצת(איור 8C). לבסוף, אדם שהפגין בתחילה טיסה מתפרצת ולאחר מכן עבר לטיסה רציפה למשך שארית שלב הבדיקה של 30 דקות ומעבר לו הפגין פרץ לטיסה רציפה(איור 8D). לכן, ספציפית לדגם החרק והמסגרת הניסיונית, המשתמש יכול להשתמש בפלט גרפי זה כדי להעריך ולזהות דפוסי התנהגות טיסה כלליים למרות וריאציות ייחודיות במסלולים בודדים.

Figure 1
איור 1: עיצובים לחיתוך בלייזר למבנה יריעות פלסטיק אקריליות. שמונה יריעות פלסטיק אקרילי נחתכו בלייזר כדי לבנות את מבנה התמיכה בפלסטיק של טחנת הטיסה. קווי קבצים נוצרו ב- Adobe Illustrator במצב RGB, כאשר קווים חקוקים RGB אדום (255, 0, 0) וקווי RGB Blue (0, 0, 255). לקבלת קריאות רבה יותר באיור זה, משיכות שורת קובץ הוגדלו מ 0.0001 נקודה לנקודה אחת. יחידות הקואורדינטות הן מ"מ, והנקודה בפינה השמאלית העליונה של כל עיצוב היא המקור, כאשר מעבר נוסף למטה ומימין למקור מוביל לערכים עולים חיוביים. ישנם שלושה עיצובי גיליון שונים: הקירות האנכיים החיצוניים, קיר אנכי מרכזי ומדפים אופקיים. שני הקירות האנכיים החיצוניים מחליקים אל המדפים האופקיים בחיתוך שלהם, והחורים המלבניים שלהם משמשים להרכבה של מעקה הנחיה ליניארי מודפס תלת-ממדי, בלוקים ותומכים. יש קיר אנכי מרכזי אחד עם חריצים המחלק את טחנת הטיסה לשמונה תאים ומספק תמיכה מבנית נוספת. ישנם גם חמישה מדפים אופקיים עם חריצים, עיגולים חקוקים כדי לסמן את המיקום של תומכי הצינור המגנטי, וחורים מלבניים קטנים כדי לאפשר את תומכי הצינור להיות פנימה אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

Figure 2
איור 2: טחנת טיסה מורכבת. A) הרכבת טחנת טיסה. כל מדף אופקי (HS) הוכנס לחריץ הפתוח של הקירות האנכיים החיצוניים (OW) והקיר האנכי המרכזי (CW). יתר על כן, כל תא, או 'תא', מזוהה עם אות ערוץ (A או B) המתאימה ללוגר נתונים ומספר ערוץ (1-4) המתאים לערוץ ביומן הנתונים הספציפי. B) הרכבת תא טחנת טיסה עם זרוע טחנת טיסה. מסבים מגנטיים ניתן להעלות או להוריד על ידי הזזת הצינורות הפנימיים בתוך הצינורות החיצוניים כדי להתאים את גובה הזרוע. ניתן גם להרים או להוריד את חיישני ה- IR כדי ליישר את החיישנים לגובה הדגל על הזרוע. חיישני אינפרא-רף יכולים גם להיות מוסרים ממסילות הרכבת הליניאריות שלהם בקלות אם הם צריכים להיות מוחלפים או נבדקים או אם טחנת הטיסה צריכה להיות מועברת. סוגריים צולבים מספקים תמיכה מבנית עבור כל תא אקרילי וניתן להכניס ולהסיר אותם בקלות. ג) מסילת מדריך ליניארית וחסימת הרכבה בחלון התא. כל רכיבי התלת-ממד והברגים המתאימים בחלון התא מסומנים להרכבה ברורה יותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: עיצובים מודפסים בתלת-ממד. המדידות במ"מ. א) מעקה מדריך ליניארי. B) בלוק מעקה מדריך ליניארי בצורת חיישן IR. ג) בורג המשמש כתמיכה להחלפת ברגי ברזל. ד) תמיכה ברכבת התחתית. E) תמיכה במגנט. ו) סוגר מרובע מוצלב המשמש כמיישר יישור ומייצב מסגרת אקריליק. ז) תמיכה ארוכה ו-H) תמיכה קצרה כדי לשמור על מסילות המדריך הליניאריות במקומן. רק מסילת מדריך ליניארית תומכת במנוחה על הפנים החיצוניות של קיר האקריליק. מראות תמיכה במסילות מדריך ליניאריות אינן מוצגות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מעגלים חשמליים של טחנת טיסה. א) תרשים פשוט של מעגל חשמלי המחבר את חיישני ה- IR לוגר הנתונים. כאשר הדגל על זרוע הטחנה קוטע את הקרן הנפלטת על ידי משדר חיישן IR, הזרם מפסיק לזרום למקלט חיישן אינפרא-אדום והמתח יורד לאפס. לוגר הנתונים מתעד את כל הנפילות במתח. ב) מעגלים חשמליים מודגשים. כל קופסה צהובה מפרידה את הרכיבים של מעגל המחובר ללוח הלחם. ניתן לחבר מעגלים חשמליים מרובים ללוח לחם יחיד בשורות לסירוגין. גודל לוח הלחם ללא הלחמה מגביל את מספר תאי הטיסה שניתן לאכלס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: חרקים בגדלים שונים צבועים מגנטית וקשורים. A) דרוסופלה מלנוגאסטר (זבובי פירות נפוצים) צבוע מגנטית וקשור. זבובי פירות הם חרקים קטנים (אורך גוף 5 מ"מ; מסה = 0.2 מ"ג) שצריכים להיות תחילה מרדים עם קרח או CO2 תחת מיקרוסקופ לפני החלת הצבע המגנטי על בית החזה שלהם. ב) חוסר התאמה בין גודל החרק לגודל המגנט. המגנט על זרוע טחנת הטיסה צריך להתאים בצורה הטובה ביותר לגודל החרק. כאן שדה הראייה של החרק נחסם כי המגנט גדול מדי. מגנט חרוט קטן יותר או פס מגנטי יפתור את חוסר ההתאמה הזה. ג-ו) אונקופלטוס פאשיאטוס (חרקי אצות חלב) וג'דרה המטולומה (חרקי סבון) צבועים מגנטית וקשורים. חרקים גדולים יותר (אורך הגוף > 5 מ"מ; מסה > 0.1 גרם) ניתן לצבוט על ידי הרגליים שלהם לפני החלת שכבת צבע על בית החזה שלהם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: דוגמאות להקלטות טיסת WDH. שוקת מתח מייצגת מהפכות שלמות של זרוע טחנת הטיסה. הקווים המנוקדים האדומים מחלקים את הצג, ושניות לכל חלוקה (שניה/div) של כל חלונית מסומנות בכחול. קווים אנכיים שחורים מסמנים את זמן הסמן. א) סמני אירועים. ה- sec/div השתנה מ- 0.2 שניות /div למקסימום שלו, מה שאפשר לצייר את כל צורת הגל על פני המסך. כל סמני האירועים הנלקחים בכל הערוצים יהיו גלויים רק בערוץ הראשון כשורות המשתנות מהמתח המרבי לתחתית חלון שדה הערוץ. כל יוצרי האירועים עבור ערכת הקלטות זו נמצאים בתוך הסגלגל הצהוב. ב) אובדן אות. בערכת הקלטות אחרת, ה-sec/div שונתה מ-0.2 שניות ל-15 שניות/צלילה כדי לעזור לדמיין אות מוקלט שאבד בין השעות 17:09 ל-17:15 בערוץ 3. כל הערוצים האחרים כגון ערוץ 4 המשיכו לתפקד כראוי. ג) שוקת כפולה ואבוסות מראה. שוקת כפולה היא כאשר המתח טובל, עולה, ולאחר מכן במהירות טובל ועולה שוב כדי ליצור מה שנראה כמו שתי שוקת ממוזגת באירוע שובר קרן אחד. שוקת כפולה גם לשקף אחד את השני, מה שמרמז כי הדגל נע הלוך ושוב בין החיישן, אשר קורה בדרך כלל כאשר חרק מפסיק לעוף. סקריפטים פייתון נכונים עבור כל מקרה. ד) רעשי מתח. זמן קצר לאחר השעה 13:14 ניתן לראות בליטות קטנות במתח, המצביעות על רעש מתח בהקלטה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: נתוני אבחון שוקת מייצגים מג'דרה המטולומה (באג סבונים). רעש פוטנציאלי או שוקת רגישה מדי מזוהים בקלות בהקלטות הטיסה. A) הקלטה אופטימלית וחזקה מדוגמה אישית 318. לא חל שינוי במספר שוקת ככל שערכי הסטייה המינימליים והמקסימום גדלו, ולכן שוקת היו חזקות מספיק כדי להיות מזוהות למרות מרווח סטנדרטיזציה גדול. ב) הקלטה תת-אופטימלית אך עדיין חזקה מדוגמה אישית 371. יש ירידה במספר שוקת ככל שערכי החריגה המינימליים והמקסימום גדלו; עם זאת, הירידה הייתה מינימלית (11 שוקת). יכול להיות רעש וכמה שוקת רגישה אבל שום דבר משמעותי. ג) הקלטה רועשת מדוגמה אישית 176. יש ירידה ברורה ומהירה במספר שוקת שזוהו כערכי הסטייה המינימליים והמקסימום גדלו עד לרמת המספרים שלה ב -12 שוקת. זה מאותת הרבה רעש פוטנציאלי או שוקת רגישה מדי בעוד 12 שוקת להישאר כמו שוקת חזקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: נתוני טיסה מייצגים של ג'דרה המטוקומה (באג סבון). ניתן לזהות ארבע קטגוריות של התנהגות טיסה בהקלטות הטיסה. א) טיסה רציפה. אדם זה טס ברציפות במשך 1.67 שעות, החל במהירויות גבוהות ולאחר מכן מתחדד עם הזמן למהירויות נמוכות יותר. ב) טיסה מתפרצת. אדם זה טס רק בפרצים בתוך 30 הדקות הראשונות של המשפט שלהם. מתפרצים יכולים להגיע למהירות גבוהה אבל אדם זה יכול רק לשמור על מהירויות נמוכות. ג) טיסה רציפה עד מתפרצת. אדם זה שמר על טיסה רציפה במשך 25 דקות ולאחר מכן התחד עד להתפרצויות במשך 5 הדקות הנותרות של המשפט שלהם. ד) פרץ לטיסה רציפה. אדם זה החל כמתפרץ, הגיע למהירויות ספורדיות גבוהות, ולאחר מכן עבר לטיסה רציפה במשך כ -4 שעות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
איור 9: הדמיית ערוץ מייצג של ניסויי טיסה מרובים בתוך ערכת הקלטות אחת. כל צבע מייצג באג סבון בודד באות הערוץ הנתונה שלו ובמספר הערוץ במהלך הניסוי שלו. כל זמני ההתחלה, זמני העצירה ושמות הקבצים חולצו ממסלול הטיסה הייחודי של כל קובץ .txt. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור משלים 1: מפתח קרן. Kerf הוא עובי החומר שהוסר או אבד בתהליך חיתוך החומר הזה. עבור חותך לייזר, שני גורמים חשובים יקבעו את רוחב הקרן: רוחב הקרן וסוג החומר. כדי לבדוק ולחשב את החיתוך המדויק, חתוך את המפתח בלייזר והתאים את מקש הרוחב של 20 מ"מ לחריץ שהוא מתאים לו בצורה הבטוחה ביותר. לאחר מכן, הפחת את ערך רוחב החריץ מערך רוחב המפתח. לדוגמה, מפתח ברוחב של 20 מ"מ המתאים לחריץ 19.5 מ"מ יהיה בעובי חיתוך של 0.5 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 2: השוואה בין תדרי דגימה נמוכים. A) קשר בין ירידת מתח ומהירות על ידי תדירות דגימה. כל צבע קו וצורת נקודה מייצגים תדר דגימה (100 הרץ, 75 הרץ, 50 הרץ ו-25 הרץ). ירידת מתח היא שם נרדף לגודל שוקת. קווים מתאימים רגרסיות סדר שני, המתארות את הירידה בגודל שוקת כמו המהירות עולה ואת העלייה הבאה בגודל שוקת במהירויות גבוהות יותר. הסרגל המוצל פועל מ- V 0 ל- 0.1 V, המסמן את טווח המתח שבו מתרחש רעש. הנתונים נאספו בתא B-4 באמצעות תוכנת ההקלטה WinDAQ ועם מידות דגל רדיד אלומיניום באורך 30 מ"מ ברוחב 30 מ"מ. זרוע טחנת הטיסה סובבה במהירות ביד והושארה להסתובב עד שהפסיקה לנוע. תדרי דגימה 25 הרץ ומטה נמצאים בסכנה של זיהום שגוי של שוקת כרעש במהלך בדיקות סטנדרטיזציה ואבחון. תדרי דגימה של 100 הרץ ומעלה חזקים במיוחד בהקלטת שוקת גדולה למהירויות של פחות ממטר אחד/ש' . ב) גדלי שוקת של תדרי דגימה שונים הנראים דרך צורת הגל. ככל שתדרי הדגימה יורדים, גם הייצוג שלהם על צורת הגל מתכווץ. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 3: תרשים זרימה של הפונקציות ומבני הנתונים של כל סקריפט פייתון. סקירה כללית של התשומות, התהליכים הפונקציונליים והיציאות של כל סקריפט של פייתון עבור טחנת הטיסה המוצעת מסוכמת ומתוארת באמצעות דוגמאות. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

הדפסה תלת-ממדית משלימה. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קבצי קידוד משלימים. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

טחנת הטיסה הפשוטה והמודרנית מספקת מגוון יתרונות לחוקרים המעוניינים לחקור את טיסת החרקים הקשורים על ידי מתן עיצוב אמין ואוטומטי שבודק חרקים מרובים ביעילות ובחסכונות13,31,35. כמו כן, יש תמריץ חזק לחוקרים לאמץ טכנולוגיות וטכניקות המתפתחות במהירות מהתעשייה ומתחומים מדעיים אחרים כאמצעי לבניית כלים ניסיוניים לחקר מערכות אקולוגיות9,32,33. פרוטוקול זה מנצל שתי טכנולוגיות המתפתחות במהירות, מדפסת תלת-ממד וחותך הלייזר, שהופכות לזמינות יותר ויותר ביצרנים קהילתיים, על מנת לשפר את טחנת הטיסה הפשוטה והמודרנית. שיפורים אלה מספקים עיצוב גמיש יותר, מתכוונן וניתן להתמוטטות, המתאים לחרקים בגדלים שונים, ממזער את הלחץ המונח על החרק ומאפשר להעביר את טחנת הטיסה בקלות למספר מיקומים או סביבות. יתר על כן, ההוצאות הנוספות של שימוש בטכנולוגיות הן מינימליות או אפילו בחינם. עם זאת, טכנולוגיות אלה יכולות גם להיות אתגר להתנסות בו אם הגעה למיומנות בשימוש בעורכי גרפיקה וקטורית ותוכנת תמונה תלת-ממדית אינה זמינה. בתורו, טחנת הטיסה המוצגת כאן משמשת הן לעודד חוקרים לשלב טכנולוגיות מתפתחות זמינות בתהליך העבודה שלהם ולאפשר לחוקרים לבנות טחנת טיסה הניתנת להתאמה אישית, גמישה ויעילה ללא ידע מיוחד באלקטרוניקה, תכנות או מודלים CAD.

ההיבטים החזקים ביותר של פרוטוקול זה הם הטכנולוגיות של Makerspace המרחיבות את אפשרויות העיצוב של טחנת הטיסה של המשתמש, השימוש בצבע מגנטי כדי למזער את הלחץ של חרקים, ואוטומציה של הקלטות טיסה המעבדת חרקים מרובים בתוך הקלטה אחת. חותך הלייזר מציע יכולות חיתוך מדויקות ומדויקות שיכולות להתמודד עם עבודות כמעט בכל מורכבות. המשתמש יכול לשנות את מבנה התמיכה האקרילית כדי לטעון הדפסות תלת-ממד נוספות או פריטים שנרכשו. מדפסת תלת-ממד מאפשרת למשתמש ליצור רכיבי טחנת טיסה הניתנים להתאמה אישית שיכולים לעקוף מוצרים יקרים, מראש, עם ממדים מתכווננים בקושי. הדפסות תלת-ממד שאינן מוצעות בנייר זה יכולות גם להיבנות, כגון פלטפורמות נחיתה, תומכים שיכולים להחליף במהירות בין מסבים מגנטיים ומסבים כדוריים, או אפילו קובץ מצורף חדש המקשר חרק. לבסוף, השימוש בתוכנת הקלטה אוטומטית וסקריפטים של פייתון כדי להבדיל בין ניסויי טיסה מרובים בתוך הקלטה אחת מאפשר לחקור התקפי טיסה ספורדיים להתקפי טיסה ארוכים מאוד. עם זאת, בהתחשב באופן שבו פעילות טיסה משתנה ומשך זמן הוא על פני מינים, הוא הציע כי המשתמש מבצע ניסויים ראשוניים על מנת להבין את הגבולות ואת הדפוסים הכלליים של התנהגות הטיסה של מין כדי לייעל את איסוף הנתונים. המשתמש יכול גם להעריך את תקינות ההקלטות שלהם באמצעות מפת החום האבחונית ויכול להסביר את כל תיקוני המהירות הדרושים בקבצי ה- Script.

החוקרים צריכים גם להיות מודעים לאילוצים הכלליים של טחנת הטיסה. מחקרים קודמים חשפו וניסו לתקן את המגבלות של טיסה קשורה, כולל היעדר מגע טרסל כדי לאפשר לחרק לנוחב-18,31,היעדר אנרגיה שהושקעה כאשר חרק ממריא34, הגרירה הנוספת שהחרק מתגבר עליה בעת דחיפת זרוע טחנת הטיסה, והחרק הצורך לפצות על הכוחות האווירודינמיים החיצוניים שחוו בשל התאוצה הצנטריפוגלית של מסלול הטיסה המעגלי שלו 6,35. בנוסף, ממשיכים להיות חוסר עקביות כיצד לסווג או לכמת בצורה מדויקת יותר את התפרצויות קצרות או "טריוויאליות" שחרקים מציגים, במיוחד כאשר משווים את התנהגות הטיסה והמנגנונים של חרקים נודדים גדולים לאלה של חרקים קטנים המציגים בעיקר טיסה מרחפת24,36,37 . למרות מגבלות אלה, חלה התקדמות משמעותית בלכידת וסיווג התנהגות הטיסה בתוך מיני חרקים, והחוקרים המשיכו לצמד את טחנת הטיסה עם טכנולוגיות ושיטות אחרות6,7,8.

ה-makerspace כמיקום של יצירתיות, שיתוף פעולה וחסמים נמוכים יעורר עוד יותר השראה לחוקרים לפתור מגבלות עיצוב הדפסה תלת-ממדיות או לחתוך בלייזר עיצובים מורכבים יותר. מחקרים סקרו את האפקטיביות של makerspaces לא רק כמו מרחבי ייצור מוצר איטרטיביים אלא גם כמקומות של למידה מואצת10,11,12. סטודנטים להנדסה בסך הכל קיבלו ציון גבוה יותר בהבנת העיצוב, בתיעוד העיצוב ובאיכות הדגם כאשר העיצובים שלהם נעשו באמצעות טכנולוגיית Makerspace11. בנוסף, זמן פיתוח המודל שלהם ירד ב -50%, מה שמצביע על כך שחקר makerspace השיג ביצועים טובים יותר מתיאוריית הסיבוב המסורתית ובעבודת היישום11. בתורו, חוקרים עם ידע עיצובי מועט יוכלו להעמיק אותו, וחוקרים שהם גם מחנכים יכולים לנצל את המרחב הזה כאמצעי להגברת ארגון העיצוב, האומנות והמיומנות הטכנית לתלמידים. בתחום כמו אקולוגיה שכבר עושה שימוש במגוון כלים לעבודת שטח ומעבדות, חוקרים יכולים גם לפתח, לשתף ולתקן כלים חדשניים או משופרים. טחנת הטיסה המוצעת במאמר זה היא רק ההתחלה של מה שיכול להיות גישה לדמוקרטיזציה והפצה מהירה של אמצעים חדשים לאיסוף נתונים.

מפעלי טיסה מילאו תפקיד חשוב בכך שאפשרו לחוקרים להבין את פיזור החרקים - תופעה אקולוגית שעדיין פקעת במהותה בתחום. התקדמות עתידית בתכנון ויישום של טחנת הטיסה ניתן להשיג ככל שהחוקרים הופכים בקיאים יותר בטכנולוגיות המתפתחות ובתוכנה הנלווית לטכנולוגיות אלה. זה יכול לכלול עיצוב מסבים זרוע טחנת טיסה המאפשרים הרמה אנכית או לתת חרק גמישות גבוהה יותר בכיוון הטיסה. בנוסף, הדיוק של חותכי לייזר ומדפסות תלת-ממד עשוי להיות נחוץ לחוקרים המעוניינים להנמיך וכיול עבור חרקים קטנים עם יכולות ריחוף בעיקר. בתורו, המטרה של פרוטוקול זה הייתה לספק כניסה קלה לטכנולוגיות אלה תוך בניית אחד המכשירים הנפוצים והשימושיים ביותר בתחום האקולוגיה ההתנהגותית - טחנת הטיסה. אם לחוקרים יש גישה ליצרן משותף והם מחויבים לנווט בטכנולוגיות שלו, השיפורים והשיפורים הנובעים מכך של טחנת הטיסה המודרנית יובילו לעיצוב טחנת טיסה יצירתית ושיתופית וימשיכו להציע תובנות על התכונות והמנגנונים הבסיסיים המשפיעים על הווריאציות והדפוסים של מיני חרקים בתנועה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחבר אין מה לחשוף.

Acknowledgments

ברצוני להודות למרדית' סנצר על רכישת כל חומרי טחנת הטיסה ומתן משוב רציף מהבנייה ועד לכתיבת הפרויקט. אני גם מודה לאנה זילברג על תרומתה standardize_troughs.py. לבסוף, אני מודה למרכז המדיה, הנתונים והעיצוב (MADD) באוניברסיטת שיקגו על אישור להשתמש בציוד, בטכנולוגיה ובאספקה המשותפים שלה ללא תשלום.

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

הנדסה גיליון 169 טחנת טיסה Makerspace הדפסת תלת מימד חיתוך לייזר אוטומציה מעוף
בניית טחנת טיסה משופרת לחקר טיסת חרקים קשורים
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