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Environnement

곤충 출현 패턴의 검출을 위한 정확 하 고 자치 시스템

Published: January 09, 2019
doi:
10.3791/58362
, , ,
1Department of Biological Sciences,North Dakota State University, 2School of Life Sciences,Arizona State University, 3Red River Valley Agricultural Research Center, USDA-ARS

Summary

곤충 출현 패턴의 측정 정밀도를 요구 한다. 기존 시스템은 반자동된만 샘플 크기 제한 됩니다. 우리는 신흥 곤충의 큰 숫자의 출현의 시간을 정확 하 게 측정을 마이크로컨트롤러를 사용 하는 시스템을 설계 하 여 이러한 문제를 해결.

Abstract

곤충 출현 패턴 측정을 기존 시스템 제한이; 그들은 단지 부분적으로 자동화 하 고 감지할 수 있는 새로운 곤충의 최대 수에 제한 됩니다. 곤충 출현의 정확한 측정을 얻으려면, 그것은 시스템을 반자동 및 신흥 곤충의 많은 수를 측정할 수 필요 합니다. 우리는 설계 및 자동화 된 최대 1200 곤충의 출현을 측정할 수 있는 시스템을 구축 하 여 이러한 문제를 해결. 우리는 Arduino 마이크로컨트롤러를 사용 하 여 데이터 수집을 자동화 하 고 여러 데이터 채널을 통해 샘플 크기를 확장 하는 기존의 “떨어지는 공” 시스템을 수정. 여러 개의 데이터 채널 뿐만 아니라 그들의 샘플 크기를 증가 시킬 수 있도록 하지만 또한 단일 실험에서 동시에 실행 되도록 여러 치료에 대 한 수 있습니다. 또한, 우리는 자동으로 또한 평균 일 및 출현의 시간을 계산 하는 동안 거품 플롯으로 데이터를 시각화 하는 R 스크립트를 만들었습니다. 현재 시스템 사용자는 곤충의 다른 종족에 대 한 조정 시스템을 수정할 수 있도록 3D 인쇄를 사용 하 여 설계 되었습니다. 이 프로토콜의 목표 chronobiology 및 스트레스 생리학, 곤충 출현 패턴을 측정 하이 정확 하 고 자동화 된 시스템을 사용 하 여 중요 한 질문을 조사 하는 것입니다.

Introduction

정확 하 게 측정 하는 실험 설정에서 지상파 곤충 출현 시기 악명 어려운 이며 자동화의 어느 정도 필요 합니다. 과거에는, 설계 되었습니다 몇 가지 메커니즘 중 하나는 “떨어지는 공” 원리, 떨어지는 공 및 센서, 또는 퍼 널 형 시스템1,2,3를 사용 하 여 “플레이 박스”를 사용 하 여 통합. 기존 디자인으로 2 개의 제한이 있다: 1) 데이터 수집 자동화 부분적 으로만 2) 표본 크기 및 검출 될 수 있는 긴급 곤충의 수는 제한. 이러한 문제는 일수로 및 출현 패턴의 타이밍을 공부 해야 하는 데이터 컬렉션의 정밀도 감소. 우리는 사용자가 더 나은 환경 큐에 응답에서 출현 리듬을 시각화 수 있도록 시스템을 자동화 하 고 샘플의 크기에 의해 제한 되지 설계 함으로써 이러한 문제를 해결.

우리의 시스템은 6 분 단위로2곤충 출현을 감지 하 적외선 센서를 사용 하는 가장 최근 버전의 떨어지는 공 원칙 개선. 우리의 시스템 여전히 적외선 센서를 사용 하지만 또한 가까운 초 각 출현 이벤트의 시간과 날짜를 기록 하는 Arduino 마이크로컨트롤러를 통합 합니다. 데이터 분석에 대 한 쉼표로 구분 된 파일로 내보낼 수 있습니다 하는 보안 디지털 (SD) 카드에 자동으로 저장 됩니다. 분석은 거품 플롯으로 데이터 그래프 및 중간 시간 및 출현의 날 지정 R 스크립트를 사용 하 여 자동화 됩니다.

여러 채널 사용 사용자 데이터 수집에 더 많은 유연성. 예를 들어 우리의 여러 채널 디자인 뿐만 아니라 “막힌된” 센서의 영향을 최소화 하지만 또한 샘플 크기를 늘리기 위해 사용할 수 있습니다. 또한, 여러 채널 그들은 실험에서 동시에 실행할 수 있도록 특정 채널을 처리를 지정 하려면 사용자를 수 있습니다. 모든 6 개의 채널을 사용 하 여 약 1200 신흥 꿀벌 단일 실험에서 기록 될 수 있습니다. 우리의 지식, 곤충 출현 측정 현재 시스템의 큰 샘플 크기 이며 우리가 환경 큐에 응답에서 벌금 규모 출현 패턴을 관찰할 수 있었습니다. 마지막으로, 우리의 시스템은 사실 대부분 부품의 3D 인쇄에서 혜택. 이 작업 중 (검출기 막힘) 등 발생 하는 오류의 가능성을 감소 시키는 정확 하 게 크기의 구성 요소를 만듭니다. 그것은 또한 다른 연구 시스템에 대 한 사용자 지정에 대 한 수 있습니다.

이 프로토콜의 목표는 사용자 지정 빌드 측정 조사, 곤충 출현을 정확 하 고 자동화 된 시스템 chronobiology 및 스트레스 생리학에 질문. 이 시스템, 고 문에 환경 큐에 응답에서 곤충 출현 패턴에 관련 된 조사에서 중요 한 것을 계속할 것 이다. 여기 우리는 어셈블리와 알 팔 파 잎-절단 꿀벌, Megachile rotundata 연구소 기반 실험 설정에서의 출현 탐지에 대 한 사용 설명. 시스템은 프로그래밍 가능한 마이크로컨트롤러를 사용 하 여 자동화 하 고 3D 인쇄 된 부품을 사용 하 여 사용자 정의. 인쇄 된 선반 금속 BB 다음 벌 둥지 셀을 포함 하는 장소 튜브에 개최. 출현, 시 금속 BB SD 카드에 출현의 시간과 날짜를 기록 하는 적외선 센서를 통해 전달 하는 선반에서 해제 됩니다. 현재 디자인 M. rotundata, 최적화 하지만 사소한 조정 곤충의 다른 종족에 대 한 적응 될 수 있었다.

Protocol

1. 시스템 구축 PLA 필 라 멘 트를 사용 하 여 건설 되 고 각 채널에 대 한 부분의 다음 수 인쇄: 1 수집 매니폴드 (collector_manifold.stl), 1 엔드 캡 (end_cap.stl), 6 플랫폼 지원 (platform_support.stl), 4 튜브 랙 기본 플레이트 (base_plate.stl), 및 4 튜브 랙 얼굴 접시 (face_plate.stl)입니다. 침대 프린터 인쇄 하기 전에 항목을 인쇄할 수 있는지 확인 합니다. 모든 *.stl 파일 추가 데이터에서 사용할 수 있습니다. 3 플랫폼 지원 및 물결 모양된 플라스틱의 33 x 30 cm 조각, 뜨거운 풀을 사용 하 여 그림 2와 같이 생성 되는 채널 당 2 튜브 랙 플랫폼을 조립. 골 판지 플라스틱 굽 힘에 대 한 허용 하도록 각 모서리에 1 개의 측에 득점 수 있습니다. 전자 수집 매니폴드에 설치 합니다. 적외선이 미터 적외선 검출기와 ~ 5 cm 길이 22가 와이어 두 음극 양극 (긴 다리)에 120 Ω 저항을 땜 납. 나중 단계에서 혼동을 피하기 위해 전선의 다른 색상을 사용 합니다. 조심 스럽게 수집기 매니폴드 ( 그림 3에 파란색으로 강조 표시)와 (빨간색으로 강조 표시) 두 번째 소켓에 미터의 한 소켓으로는 검출기를 삽입 합니다. 두 구성 요소는 아 늑 하 게 적합 해야 한다. ( 그림 3에 노란색으로 강조 표시) 케이블 채널을 통해 검출기 와이어 피드 및 액세스 구멍 (녹색으로 강조 표시)을 통해 모든 4 개의 와이어를 당겨. 맨 손으로 전선이 접하는 장소에서 그들을 보호 하는 뜨거운 접착제를 사용 하 여 확인 합니다. rj45 모든 4 개의 와이어 솔더 (이더넷) 잭, 핀의 뒷 줄을 사용 하 여. 두 양극 맨 왼쪽 핀, 맨 오른쪽 핀에 미터의 음극 및 센터 핀 (그림 4) 중 하나에 검출기의 음극에 납땜 한다. 뜨거운 접착제, 맨 손으로 전선이 매니폴드 내 접하는 보장 ( 그림 3에 녹색으로 강조 표시) 컬렉터 매니폴드 액세스 구멍에 RJ45 잭을 보호 합니다. 그림 5 에서 같이 떨어지는 공을 수집기 (생성 되는 채널 당 1) 구성 한 유선된 수집기 매니폴드, 한쪽 모자, 및 물결 모양된 플라스틱의 24 x 30 cm 섹션, 뜨거운 접착제를 사용 하 여 단위 (빨강, 녹색, 그리고 밝은 회색의 구성 요소 그림 5)의 자료를 연결 하. 골 판지 플라스틱 부분의 8 x 27 cm를 사용 하 여 수집기 ( 그림 5의 어두운 회색 성분)에 떨어지는 볼 램프를 추가. 끝 모자 및 수집기 매니폴드 디자인 올바른 배치 되도록 ledges 포함 됩니다. 사용 하는 동안 체증을 피하기 위해 수집기에 램프에서 매끄러운 과도를 확인 합니다. ( 그림 6에 설명)로 시스템에 대 한 중앙 프로세서를 구성 합니다. 시스템 구축에 대 한 사용자 지정 인쇄 회로 보드를 인쇄. PCB 보드 인쇄에 필요한 모든 파일 추가 데이터에서 사용할 수 있습니다. 통해-구멍 다음 설치에 대 한 분류에 여성 헤더 솔더: Arduino 나노, 온도, 시계, SD 모듈 및 액정 디스플레이 (LCD) 화면 (PCB 보드의 왼쪽된 상단에 레이블 없는 2 x 5 구멍을 통해 지역). 스냅인 및 솔더는 PCB 보드의 아래쪽 가장자리를 따라 6 RJ45 잭. 솔더 RJ45 잭 바로 위에 위치한 구멍을 통해 사이트에 6 470 k ω 풀 다운 저항. Arduino 나노, DHT-온도 및 습도 센서, 시계, 및 PCB 보드에 SD 모듈을 설치 합니다. DHT-온도 및 습도 센서 정확도 보장 하기 위해 실험에 사용 하기 전에 테스트 되어야 합니다. PCB 보드의 LCD 스크린 커넥터에 10 커넥터 리본 와이어를 연결 합니다. 그림 4에서 언급 한 대로 스크린 핀 Arduino 핀에 해당 하는 LCD 화면에 리본 와이어의 다른 쪽 끝을 솔더. LCD 배선에 대 한 자세한 내용은 https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd에서 사용할 수 있습니다. 시스템 프로그래밍 다운로드 및 www.arduino.cc에서 올바른 운영 체제에 대 한 Arduino IDE의 최신 버전을 설치. 처음 사용, 실시간 클록 (github.com/adafruit/RTClib)과 온도/습도 센서 (github.com/adafruit/DHT-sensor-library)에 대 한 Arduino 라이브러리를 설치 합니다. 라이브러리에 포함 된 ds1307 스크립트를 사용 하 여 현재 현지 시간으로 시계를 설정 합니다. (공식 로고는 Arduino 스크립트, 보충 데이터에서 사용할 수 있는 시스템으로 보호 되어 있습니다) 2. 시스템 사용 그림 7에 표시 된 대로 시스템을 조립. 사용 되 고 각 채널에 대 한 하나 떨어지는 공을 수집 (단계 1.4에서에서 조립) 랙 플랫폼 (단계 5.1에서에서 조립)에 의해 어느 한쪽에 측면 해야. 포장 테이프를 사용 하 여 조각을 함께 개최 하 고 랙 플랫폼에 부드러운 둥근된 가장자리를 만들려고. 거짓 긍정적인 신호를 방지 하려면 사용 하지 않는 채널을 구성 합니다. 시스템 (적외선 검출기는 적외선에 미터에서 신호를 받지) 이벤트를 감지 하는 낮은 신호에 의존, 이후 사용 하지 않는 채널을 거짓 긍정적인 신호를 피하기 위해 적절 하 게 구성 되어야 합니다. 이 두 가지 방법 중 하나로 수행할 수 있습니다. 사용 하지 않는 채널에 해당 루프 밖으로 언급 함으로써 소프트웨어에서 사용 하지 않는 채널을 비활성화 합니다. Arduino IDE에서이 추가 하 여 수행할 수 있습니다 “/ *” 불필요 한 루프 이전 및 “* /” 그들의 끝에. 간단한 하드웨어 숙박을 통해 사용 하지 않는 채널을 비활성화 합니다. 단순히 함께 전선 #6, #8 (보통 단단한 갈색 및 단단한 녹색 선 상용 고양이 6 케이블의) 솔더 고 중앙 프로세서에 빈 RJ45 잭에 삽입 합니다. 즉시 실험을 실행 하기 전에 부하 및 장소 튜브 랙. 모든 구멍 제거 모자와 0.5 mL microcentrifuge 튜브를 포함 하 고 튜브 석판 맞는 확인 하십시오. 각 튜브를 한 곤충 브루 드 셀, 번데기 또는 고치, 한 airsoft 펠 릿, 사건과 한 금속 BB 마지막으로 채우십시오. 브루 드 셀의 평면 가장자리 쪽 (모자) airsoft 펠 릿과 금속 BB 쪽으로 직면 하 고 있는지 확인 합니다. ¼ 인치 나일론 나사를 사용 하 여 랙 아래쪽으로 둥근 가장자리 튜브 랙 스킨을 부착. 랙 플랫폼, 떨어지는 공 수집기를 향하도록 개방 장소 튜브 랙. 랙 금속 BB 자유롭게 수집기에 구조 (그림 7)의 다른 부분에 대 한 수신 거부 없이 빠질 수 있도록 플랫폼의 매우 가장자리에 배치 되어야 합니다. 랙 때, 위쪽으로 향하게 하는 오프닝으로 시작 하 고 금속을 위해에 다음 부드럽게 회전 게시판 해제 되지 않은. 랙 튜브는 경사 약간 뒤로 제대로 배치, 금속 게시판의 누출의 기회를 줄일 수 있도록 설계 되었습니다. 어댑터에 SD 카드를 삽입 하 고 Arduino, 및 어떤 적절 한 USB 어댑터에 다른 쪽 끝에는 마이크로 USB 커넥터를 연결 하 여 중앙 프로세서를 시작 합니다. LCD 스크린 6 때 준비를 통해 숫자를 하나 표시 됩니다. 각 채널의 화면 아래쪽에 표시 하려면 정확한 시간에 대 한 화면에 표시 하려면 해당 개수에 대 한 시계 공 수집기에 단일 금속 BB를 드롭. 올바른 시간 표시 되지 않으면, 1.6.3과 1.6.4 시계를 다시 설정 하려면 단계를 반복 합니다. 테스트 금속 BB 기록 되지 않습니다, 컬렉터 차단 됩니다. 방해에 대 한 시각적으로 확인 하 고 시스템을 다시 시작. 채널 “카운트” 하나의 이벤트를 매초 마다,이 채널은 제대로 연결 되지 것을 나타냅니다. 모든 연결을 확인 하 고 시스템을 다시 시작. 3. 실험 끝 및 데이터 분석 출현 후 종료 되었습니다 (결과 그림 8 및 9 시간 규모의 예 참조) 전원 차단 장치는 Arduino를 분리 하 여. 랙 분해 하 고 다시 사용할 수 있도록 청소 수 있습니다. 실험 기간 동안 데이터 R 프로그래밍 언어는 쉼표로 구분 된 파일 (CSV) 액세스할 수 있는 SD 카드에 저장 됩니다. SD 카드를 사용 하 여 컴퓨터에 데이터를 전송 하 고 거품을 자동 생성 하는 RStudio 데이터의 플롯. 이벤트 및 온도 데이터는 데이터 무결성에 대 한 같은 파일에 저장 됩니다. 따라서, 어떤 처리 분석 전에 완료 되어야 합니다. 스프레드시트 프로그램에 쉼표로 구분 된 파일을 가져옵니다. I 및 J는 날짜와 시간 출현의 꿀벌;에 대 한 열 그들 열 A와 B 절단 및 두 번째 스프레드시트에 열 A-E를 붙여넣기 하 여 만들고 저장 별도 파일로 온도 데이터입니다. 제목 열 A와 함께, “날짜” 및 열 B “시간,” 정렬 데이터 열 A 그리고 B. CSV로 저장 하 여 파일입니다. 다운로드 및 https://www.r-project.org/에서 있는 RStudio의 최신 버전을 설치. 업로드를 위한 RStudio를 사용 하 여 도움이 그리고 데이터 분석에서 찾을 수 있습니다 여기 https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html. 추가 데이터에서 사용할 수 있는 R 스크립트를 사용 하 여 RStudio로 데이터 (있습니다) 어디에 맞게 R 스크립트에서 작업 대상 변경 excel *. CSV 파일은 있습니다. 스크립트를 실행 하 고 데이터 파일 분석을 선택 합니다. “플롯” R 콘솔에 입력 합니다. 거품 플롯 “높은-입술;” 라는 작업 대상에 위치할 것 이다 고해상도 tiff (300 dpi) 파일로 저장 하려면이 파일의 이름을 바꿉니다.

Representative Results

M. rotundata 의 출현은4주 걸쳐 균일 하 게 발생 하는 출현으로 비동기 환경 큐에 노출 없이 이다. 그러나, 사각파 thermoperiod (4 ° C thermoperiod)에 드러낼 때, 출현 thermophase4,5동기 된다. 이 결과 다른 연구 결과 유사 어디 곤충 발견 되었습니다 thermoperiod 신호를 사용 하 여 출현, 육체 플라이 Sarcophaga crassipalpis6, 볼 바 구미, 양파 비행 델리 아 atiqua7 등을 규제합니다 Anthonomus 그 랜 디스 그 랜 디스8. 한 연구 개발 하는 동안 스트레스 S. crassipaplpis9성인 출현의 synchrony 영향을 보이고 있다. 여기, 우리는 M. rotundata 개발이 치료 성인 출현의 desynchronization 발생 가설을 테스트 하는 스트레스에 노출에서 결과 제시. 실행 성공 사용자는 곤충은 더 이상 신흥 되도록 인큐베이터를 열기 전에 LCD 화면을 보고 해야 합니다. 실험 완료 되 면, SD 카드 제거 되 고 데이터 내보낼 수 있습니다 RStudio에 쉼표로 구분 된 파일 거품 플롯으로 시각을 앞에서 설명한 대로. 그림 8 개발 하는 동안 감기 스트레스에 노출 된 후 4 ° C thermoperiod 아래 벌 출현을 표시합니다. 붉은 십자선 중간 시간 나타내고 파일 이름과 출현의 하루는 제목을 합니다. 이 R 스크립트는 데이터를 시각화 하는 데 사용 해야 하지만 단독 분석으로 제공 하지 해야. Rhythmicity 출현 환경 큐에 응답을 분석 하는 데이터를 분석 될 수 있다 (분석 참조). 합병증 경우는 센서 금속 게시판으로 막혀 신호의 부족은 반복적으로 계산, 여러 잘못 된 데이터 요소를 야 기한. 그림 9 그림 8, 하지만 게시판, 그래프에 따라서 큰 거품을 만드는 6 개의 채널 중 하나를 제시 하는 동일한 데이터 집합을 보여 줍니다. 막힌된 센서의 경우이 채널에서 데이터 분석에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 실험에서 여러 채널을 통합 하는 것은 막힌된 센서의 영향을 최소화에 도움이 됩니다. 분석 “매개 변수 R,” 출현 리듬 또는 arrhythmic10,,1112인지를 식별 하는 스칼라 통계를 계산 하 여 동기화의 존재에 대 한 데이터 분석을 수행할 수 있습니다. 이것은 성인의 신흥 8 시간 창에 100을 곱한 다음 8 시간 창 밖에 신흥 성인 수로 나눈이 가장 높은 수를 계산 하 여 이루어집니다. 등장 하는 모든 개인 날의 각 시간에 대 한 신흥 성인의 수를 계산 하려면 풀링된 한다. 매개 변수 연구의 이론적 범위는 0 (게이트 내에서 발생 하는 모든 출현)에서 200 (출현은 분산 균일 하 게 하루 종일)10. R 값 < 60 리듬 출현, 60 이라고 여겨진다 < R 90는 arrhythmic. > 150 나타냅니다 R 값 균일 출현10의 분포. 그림 8 표시 그 출현은 리듬 매개 변수 R = 20.21 < 60. 사실은 이러한 유형의 데이터는 반복 24 시간 시계 주위 배포 됩니다, 원형 통계 보다 강력한 분석 (베넷 외., 20185에서 자세히 설명)에 대 한 사용 해야 합니다. 이 RStudio에 대 한 원형 통계 패키지를 통해 달성 될 수 있다 (패키지 ‘원형’-크 랑. R-project.org). 그림 1: 첨가제 제조 부품. PLA 필 라 멘 트를 사용 하 여, 3D 인쇄 시스템에 대 한 필요한 부분. 건설 되 고 각 채널에 대 한 필요한 부품 1 수집 매니폴드 (녹색), 1 엔드 캡 (빨강), 6 플랫폼 지원 (오렌지), 4 튜브 랙 (보라색), 기본 격판덮개 및 4 튜브 랙 얼굴 번호판 (노란색). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 2: 튜브 랙 플랫폼 어셈블리. 뜨거운 접착제를 사용 하 여 생성 되는 채널 당 2 개의 튜브 랙 플랫폼을 조립. 3 플랫폼 지원 (주황색에서 표시)를 사용 하 여 골 판지 플라스틱 (회색으로 표시)의 섹션. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 3: 수집 매니폴드 x 선. 하나의 적외선 검출기 수집기 (파란색으로 표시)와 (빨간색으로 표시) 하는 두 번째 소켓에 미터의 한 소켓에 삽입 합니다. (노란색에서 표시) 케이블 채널을 통해 검출기 와이어 피드 및 액세스 구멍 (녹색으로 강조 표시)을 통해 모든 4 개의 와이어를 당겨. 맨 손으로 전선이 접하는 장소에서 그들을 보호 하는 뜨거운 접착제를 사용 하 여 확인 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 4: 커넥터 배선. 배선 다이어그램 RJ45 잭 잭 배선 테이블 중앙 프로세서에 연결 하는 LCD 화면에 하단에서 볼 수 있듯이 수집기 매니폴드에 부착 하기 전에. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 5: 컬렉터 어셈블리 공. 한쪽 캡 (빨간색으로 표시), 하나의 수집기 매니폴드 (녹색에서 표시) 24 x 30 cm를 사용 하 여 (밝은 회색으로 표시) 하는 골 판지 플라스틱 조립 공 컬렉터 어셈블리의 껍질. 골 판지 플라스틱 (어두운 회색으로 표시)의 8 x 27 cm 조각을 사용 하 여 경사로 추가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 6: 중앙 프로세서 PCB 보드. 중앙 프로세서에 대 한 PCB 보드 (녹색에서 표시) 하단 레이어, 상위 레이어 (빨간색에서 표시), 그리고 실크 스크린 레이어 (파란색으로 표시)으로 이루어져 있다. 여성 헤더 제외한 (하단)에 따라 RJ45 잭 고 (바로 위에 RJ45 패드) 풀 다운 저항에 대 한 모든 통과 구멍에 땜 납. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 7: 최종 조립. 때 사용 중인, 기구 사용 되 고 각 공 수집기의 양쪽에 튜브 랙 플랫폼 조립 한다. 연결 된 앞면 튜브 랙을 떨어지는 BBs는 장치에서 수신 거부의 가능성을 줄이고 튜브 랙 플랫폼의 가장자리에 위치 한다. 조립된 장치의 발자국은 약 25 cm x 35 cm, 높이 20 cm.의 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 8: r에서 처리 후 전형적인 실험 실행의 그래프 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 9: 비교적 큰 거품으로 하루에 4와 같이 막힌된 검출기에서 고통을 실험의 그래프. 막힌된 채널 나머지 데이터 포인트를 유지 함으로써 분석에서 제거할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

선물이 어셈블리 및 곤충 출현의 타이밍의 정확한 측정을 허용 하는 시스템의 사용에 대 한 프로토콜. 이 시스템 이전 디자인 제한 두 가지 문제 해결: 부분적인 자동화 및 제한 된 샘플 크기. 우리는 또한 여러 채널을 사용 하 여 표본 크기를 증가 있게 마이크로컨트롤러를 사용 하 여 데이터 수집을 자동화 하 여 이러한 문제를 해결. 현재 디자인은 6 채널 1200 꿀벌의 총 저장할 수 있는 다. 추가 채널을 추가 하거나 필요한 경우, 증가 샘플 크기 뿐만 아니라 동시에 여러 치료의 효과 조사 수를 뺀 수 있습니다. 중요 한 단계, 수정, 제한 및 미래의 응용 프로그램 아래에 설명 되어 있습니다.

자동화 된 시스템의 유일한 부분 브루 드 셀, 금속 게시판, 그리고 실험의 시작에 airsoft 펠 릿 선반을 로드 하 고. 그래서 그들은 의지할 랙 설계는 약간 떨어지는 때 랙 서, 직 립 케어에서 금속 게시판을 방지 하기 위해 다시 이동 해야 랙에 배치 하는 때 금속 게시판의 누출을 방지 하기 위해. 또한, 확인 선반 선반의 가장자리와 플러시 그래서 금속 BB의 떨어지는 궤적 활주로 정렬 합니다. 마지막으로, 활주로에서 잎 파편을 닦 여야 한다 하 고 이전 실험에서 금속 게시판 들고 하 부 센서의 차단 방지 하기 위해 삭제 한다. 데이터는 자동으로 파일을 CSV로 SD 카드에 기록 하 고 스크립트는 Arduino는 SD 카드는 존재 하지 않는 한 실행 되지 것입니다 작성 된 것입니다. 데이터 파일은 수동으로 RStudio 및 앞에서 언급 한 R 스크립트를 사용 하 여 시각화 된 수입입니다. 이 스크립트는 자동으로 거품 플롯으로 데이터 그래프 하 고 중간 시간 그리고 출현의 일 식별 합니다. Arduino 스크립트 전원 고장 시 데이터 손실을 방지 하는 파일의 끝에 추가 하는 이벤트 데이터에 기록 됩니다. 그러나,이 또한 일단 SD 카드에서 데이터를 추출 하는 모든 파일은 다음 실험 전에 삭제 해야 합니다 의미 합니다.

SketchUp 파일을 수정 수정된 선반에 사용 되 고 다른 크기의 튜브와 함께 다양 한 크기의 곤충에 대 한 선반의 크기를 조정 할 수 있다. 또한, airsoft 펠 릿의 크기는 튜브에서 곤충을 방지 하 고 다양 한 크기의 알갱이 필요할 수 있기 때문에 중요 한. 다양 한 변경 거품 플롯 및 기타 그래픽 매개 변수의 모양을 변경 하려면 R 스크립트를 만들 수 있습니다.

우리는 1 초 후 BB는 금속 감지에서 여러 데이터 요소로 계산 되 고 단일 금속 BB 방지에 대 한 어떤 주어진된 채널을 디스에이블 하 디 바운스 코드를 작성 하 여 잘못 된 반응의 위험을 감소. 이 많은 꿀벌은 한 번에 등장 하는 경우 보고 되는 데이터 요소 하지만 사실 채널 독립의 가능성을 만듭니다 있지만이 위험을 줄일 수 있습니다. 현재 시스템의 또 다른 한계는 개별 데이터 포인트는 뚜렷한, 즉, 떨어지는 금속 BB 특정 개인에 게 다시 추적할 수 없습니다. 또한, 현재 시스템 측정 출현 하지만 M. rotundata에서 일수로 리듬 하지 하지만 일수로 리듬 종 출현 및 일수로 동의어에 측정 하는 것. 마지막으로, 현재 디자인은 비바람, 제어 환경에 그것의 사용을 제한 하지.

미래의 응용 프로그램 타이밍 M. rotundata의 출현에 대 한 다른 고 생물 비 생물 적인 환경 단서의 효과 검토 포함 되어 있습니다. 또한, 곤충 다양 한 환경 이기 때문에, 관련 환경 신호 종 사이 다. 따라서, 더 많은 곤충 종의 taxa에 걸쳐 진화 조사 어떻게 circadian 시스템에 중요 하다. 약간은 알려진 다; 성인 출현의 타이밍에 영향을 어떻게 발달 조건에 대 한 따라서, 우리의 시스템 출현에 치료의 효과 해독 하기 위해 사용할 수 있습니다. 또한, 환경 단서의 조합 곤충 응답에 영향을 미칠 수 있습니다, 그리고 따라서 미래 실험 출현에 미치는 상대적 영향을 이해 하는 여러 환경 신호를 통합 해야 합니다. 마지막으로, 관찰 하는 필드에 배포 출현 리듬의 관심은 자연 중재 하는 방법. 이 시스템, 그리고 첨가제 제조, 오픈 소스 프로그래밍 및 관찰 생물 학적 특성, 그것의 독특한 조합을의 사용의 용이성 교육 환경에서 사용 하기 위해 후보 만들.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리 곤충 Cryobiology 및 Ecophysiology 작업 그룹 파고, 노스다코타에 설명된 시스템을 사용 하 여 실험에 도움이 그들의 의견을 인정 하 고 싶습니다.

Materials

PLA printer filament www.lulzbot.com various Catalog number varies by color
0.5 mL microcentrifuge tubes www.daigger.com EF4254C
4.5 mm size "bb" metal pellets www.amazon.com B00419C1IA Daisy 4.5 mm metal size bb pellets
6.0 mm plastic "softair" pellets www.amazon.com B003QNELYE Crosman 6 mm airsoft pellets
Plastic corregated sheet www.lowes.com 345710 Corrugated plastic sheet
Infrared emmiter/detector pair www.amazon.com B00XPSIT3O 5 mm diameter, 940 nm wavelength
120 ohm resisitors www.amazon.com B01MSZK8DV 120 ohm, 1/4 watt
22 GA hookup wire www.adafruit.com 1311
RJ45 jacks www.sparkfun.com PRT-00643
Custom PCB board www.pcbexpress.com n/a Can be printed from files included in the supplimental data
Arduino Nano v 3.0 www.roboshop.com RB-Gra-01
SD card module www.amazon.com DFR0071 DFRobot SD card module
Real Time Clock module www.adafruit.com 264 DS1307 real time clock breakout board
Temperature/humidity sensor www.tinyosshop.com G4F4494F29ED05 DHT11 temperature/humidity sensor on breakout board
470k ohm resistors www.amazon.com B00EV2R39Y
Female headers www.adafruit.com 598 Break off to desired length
Male headers www.adafruit.com 392 Break off to desired length
Ribbon wire www.amazon.com B00X77964O 10 wire ribbon wire with connectors
LCD screen www.adafruit.com 198
Cat6 cable www.amazon.com B00N2VISLW
SD card www.amazon.com B00E9W1URM
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References

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Citer Cet Article
Bennett, M. M., Rinehart, J. P., Yocum, G. D., Yocum, I. A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns. J. Vis. Exp. (143), e58362, doi:10.3791/58362 (2019).
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