JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Böcek ortaya çıkışı desenler tespiti için hassas ve özerk bir sistem

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

Ölçüm böcek ortaya çıkması kalıplarının duyarlık gerektirir. Sadece yarı otomatik ve örnek boyutu sınırlıdır varolan sistemlerdir. Biz bu konularda mikrodenetleyiciler tam olarak ortaya çıkan böcekler çok sayıda ortaya çıkması zamanı ölçmek için kullanılan bir sistemin tasarlayarak ele.

Abstract

Böcek ortaya çıkışı Desenler ölçmek için mevcut sistemleri sınırlamalar vardır; Onlar yalnızca kısmen otomatiktir ve gelişmekte olan böcekler tespit edebilen maksimum sayısı sınırlıdır. Böcek çıkması hassas ölçüm elde etmek için bu yarı otomatik ve gelişmekte olan böcekler çok sayıda ölçmek mümkün sistemleri için gereklidir. Bu sorunları otomatik olarak gerçekleşir ve ortaya çıkması 1200 böcekler kadar ölçebilen bir sistem oluşturma tarafından ele. Veri toplama otomatikleştirmek ve birden çok veri kanallar aracılığıyla örnek boyutunu genişletmek için Arduino mikrodenetleyiciler kullanarak varolan “düşen-ball” sistemi değiştiren. Birden çok veri kanalları sadece onların örnek boyutu artırmak Kullanıcı, ama aynı zamanda aynı anda tek bir deneyde çalıştırılmak üzere birden fazla tedavi sağlar. Ayrıca, biz de medyan günü ve saati ortaya çıkması, hesaplama sırasında bir kabarcık komplo olarak otomatik olarak verileri görselleştirmek için R komut dosyası oluşturdu. Geçerli sistem Kullanıcı böcekler farklı türler için ayarlanacak sistemi değiştirebilir 3D baskı kullanarak tasarlanmıştır. Bu iletişim kuralı chronobiology ve stres fizyolojisi, böcek ortaya çıkışı Desenler ölçmek için bu hassas ve otomatik sistemi kullanarak önemli sorular araştırmak için hedeftir.

Introduction

Tam olarak karasal böcek ortaya çıkması deneysel ayarları zamanlaması ölçme Rootkitler zordur ve otomasyon bir dereceye gerektirir. Geçmişte, çeşitli mekanizmalar tasarladık düşen topları ve sensörleri veya bir “bang-bir huni tipi sistem1,2,3kullanarak kutusu” kullanarak ya da bir “düşme-ball” prensip, birleşmeyle. Varolan tasarımları ile iki sınırı vardır: 1) veri toplama yalnızca kısmen otomatik olarak gerçekleşir ve 2) örnek boyutu veya tespit edilebilir acil böcekler sayısı sınırlıdır. Bu sorunları eclosion ve/veya ortaya çıkması desen zamanlama eğitim için önemli veri toplama duyarlığını azaltın. Biz bu sorunları otomatik ve örnek boyutu tarafından sınırlı olmayan bir sistem tasarlayarak daha iyi ortaya çıkması ritimleri yanıt çevre ipuçlarını görmek Kullanıcı etkinleştirme ele.

Sistemimiz hangi en son sürümünü kızılötesi sensörler böcek ortaya çıkması altı dakikalık aralıklarla2‘ lamak düşen topu ilke bir gelişmedir. Sistemimiz hala kızılötesi sensörleri kullanır, ancak aynı zamanda tarih ve saat her ortaya çıkması olay yakın ikinci kaydetmek için bir Arduino mikroişlemci içermektedir. Veri analizi için virgülle ayrılmış dosya olarak dışa aktarılan bir güvenli dijital (SD) kartı için otomatik olarak depolanır. Analiz verileri kabarcık Arsa olarak grafik ve medyan saati ve günü çıkması tanımlamak bir özel R komut dosyası, kullanarak otomatik olarak gerçekleşir.

Birden fazla kanal veri toplama daha fazla esneklik sağlamak. Örneğin, birden fazla kanal tasarım sadece bir “tıkalı” sensör etkisini en aza indirir, ama örnek boyutu artırmak için de kullanılabilir. Ayrıca, birden fazla kanal aynı anda bir denemede çalışabilmesini sağlamak belirli kanalları tedavilere belirlemek Kullanıcı izin. Tüm altı kanallarını kullanarak tek bir denemede kaydedilen yaklaşık 1200 ortaya çıkan arılar için izin verir. Bizim bilgi, bu böcek ortaya çıkması ölçme herhangi bir geçerli sistem büyük örneklem büyüklüğü ve güzel ölçekli ortaya çıkışı desenler yanıt çevre ipuçlarını gözlemlemek için bize izin verdi. Son olarak, bizim sistem yarar–dan parçalar çoğunluğu baskılı 3D olduğu gerçeği. Bu tam boyutlu bileşenleri, (Dedektör tıkanma gibi) işlemleri sırasında oluşan hatalar olasılığını azaltan oluşturur. Ayrıca diğer araştırma sistemleri özelleştirme için sağlar.

Bu iletişim kuralı için özel bir yapı ortaya çıkması, araştırmak için böcek, ölçmek için hassas ve otomatik bir sistem chronobiology ve stres fizyolojisi sorular hedeftir. Bu sistem oldu ve, cevapsız sorular yanıt çevre ipuçlarını böcek ortaya çıkışı desenler ile ilgili soruşturma kritik olmaya devam edecektir. Burada onun montaj ve kullanım yonca yaprağı-kesme arı, Megachile rotundata laboratuar tabanlı deneysel ayarlarında tespiti ortaya çıkması için açıklamak. Otomatik programlanabilir bir mikrodenetleyici kullanarak ve özelleştirilebilir 3B basılı parçalar kullanarak sistemidir. Yazdırılan rafları metal bir BB takip arı yuvası hücreleri içeren yer tüplerde tutun. Ortaya çıkması, tarih ve saat çıkması bir SD kart için kayıt kızılötesi sensör aracılığıyla geçen raf, metal BB serbest kalır. Geçerli Tasarım M. rotundataiçin en iyi duruma getirilmiş, ancak küçük ayarlamalar ile böcekler diğer türler için adapte.

Protocol

1. sistem inşaat PLA filament, kullanarak yazdırma aşağıdaki sayıda inşa ediliyor her kanal için bölümü: 1 toplayıcı manifold (collector_manifold.stl), 1 son kapağı (end_cap.stl), 6 platformu destekler (platform_support.stl), 4 tüp raf taban plakaları (base_plate.stl) ve 4 Boru raf yüz aynaları (face_plate.stl). Yazıcı yatak yazdırmadan önce bir öğeyi yazdırmak için yeterli büyüklükte olduğundan emin olun. Tüm *.stl tamamlayıcı verilerde kullanılabilen dosyalardır. 3 platformu destekler ve oluklu plastik 33 x 30 cm parçası ile sıcak tutkal 2 tüp raf platformu inşa ediliyor, kanal başına Şekil 2′ de gösterildiği gibi düzenlemek için kullanın. Oluklu Plastik bükme için izin vermek için her köşesinde bir tarafta gol. Elektronik toplayıcı manifold yükleyin. 120 Ω direnç hem kızılötesi verici ve kızılötesi dedektör ve 22 GA tel her iki katotlar için ~ 5 cm uzunluğunda anot (uzun bacak) için lehim. Sonraki adımda karışıklığı önlemek için tel farklı renkler kullanın. Dikkatle dedektör ( Şekil 3mavi vurgulanmış) toplayıcı manifold ve ikinci yuvaya (kırmızı renkte) emitör bir yuvaya takın. Her iki bileşenin rahatça sığar. Dedektör teller ( Şekil 3sarıyla vurgulanmış) kablo kanalı üzerinden besleme ve tüm dört teller (yeşil vurgulanır) erişim delikten çekin. Hiçbir çıplak teller dokunuyorsun onları yerde güvenli hale getirmek için sıcak tutkal kullanarak emin olun. Bir adet RJ45 için tüm dört teller lehim (Ethernet) jack, Pins arka sıradaki kullanarak. Her iki anotlar en soldaki PIN, en sağdaki pin emitör katot ve dedektör ya merkezi Pins (Şekil 4) katot lehimli. RJ45 jack ( Şekil 3yeşil vurgulanır) toplayıcı manifold erişim delik sıcak tutkal, hiçbir çıplak teller manifold içinde dokunuyorsun sağlanması ile üzerinde güvenli. Şekil 5 ‘ te gösterildiği gibi düşen top toplayıcı (kanal inşa edilmektedir 1) oluşturmak Bir kablolu toplayıcı manifold, bir son kapağı ve oluklu plastik bir 24 x 30 cm bölümünü ile sıcak tutkal baz ünitenin (kırmızı, yeşil ve hafif gri bileşenleri Şekil 5) bağlamak için kullanın. Oluklu plastik bir 8 x 27 cm bölümünü düşen bir top rampa toplayıcıya ( Şekil 5koyu gri bileşeni) eklemek için kullanın. Sonunda cap ve toplayıcı manifold tasarımlar doğru yerleşim sağlamak için çıkıntıları içerir. Kullanım sırasında sıkışmaları önlemek için toplayıcı için yumuşak bir geçiş rampa üzerinden kontrol edin. Merkezi işlemci sistemi (olarak detaylı Şekil6) için inşa. Sistem İnşaat için özel baskılı devre kartı yazdırın. PCB Kurulu yazdırmak için gereken tüm dosyaların ek verileri kullanılabilir. Kadın başlıkları ile-delikleri aşağıdaki yüklemeler için etiketli lehim: Arduino Nano, temp, saat, SD modülü ve sıvı kristal ekran (LCD) ekran (etiketsiz 2 x 5 delik aracılığıyla alan PCB Kurulu sol üst köşesinde). İçinde dişlemek ve lehim PCB Kurulu alt kenarı boyunca altı RJ45 jak. Altı 470 k ohm açılan dirençler delik aracılığıyla sitelerine sadece RJ45 jak bulunan lehim. Arduino Nano, DHT-sıcaklık ve Nem sensörü, saat ve SD Modülü PCB board üzerine yükleyin. DHT-sıcaklık ve Nem sensörü deneylerde doğruluğunu sağlamak için kullanmadan önce test edilmelidir. 10-bağlayıcı şerit tel PCB Kurulu LCD ekran konektörüne bağlayın. Böylece ekran pimleri Arduino pins için Şekil 4′ te belirtildiği gibi karşılık gelen diğer ucunu ise LCD ekran şerit tel lehim. LCD kablo hakkında daha fazla bilgi https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd kullanılabilir. Sistem programlama Download ve www.arduino.cc Arduino IDE doğru işletim sistemi için en son sürümünü yükleyin. İlk kullanımda, gerçek zamanlı saat (github.com/adafruit/RTClib) ve sıcaklık/nem sensörü (github.com/adafruit/DHT-sensor-library) için Arduino kitaplıkları yükleyin. Saati geçerli yerel saat ile Kütüphane dahil ds1307 komut dosyası kullanarak. Arduino komut dosyası, ek verilerde kullanılabilen sistem yükleyin. 2. sistem kullanımı Sistem Şekil 7’ de gösterildiği gibi bir araya getirin. Kullanılan her kanal için bir düşme-top toplayıcı (1.4 adımda monte) üstünde ikisinden biri yan (5.1 adımda monte) bir raf platformu tarafından çevrili. Ambalaj bandı parçalar bir arada tutmak ve düz bir yuvarlak kenar raf platformu oluşturmak için kullanın. Yanlış pozitif sinyaller önlemek için kullanılmayan kanalları yapılandırmak. Bir olay (kızılötesi Dedektör sinyal kızılötesi verici almayan) tespit etmek için düşük sinyal sistemi kullanır beri yanlış pozitif sinyaller önlemek için kullanılmayan kanalları uygun şekilde yapılandırılması gerekir. Bu iki yoldan biriyle tarafından başarılı. Belgili tanımlık bilgisayar yazılımı içinde kullanılmayan kanalları kullanılmayan kanallara karşılık gelen döngüler dışarı yorum yaparak devre dışı bırakmak. Arduino IDE içinde bu ekleyerek yapılabilir “/ *” önce gereksiz döngüler ve “* /” onların sonunda. Kullanılmayan bir basit donanım konaklama kanallardan devre dışı bırakın. Sadece birlikte lehim telleri #6 ve #8 (genellikle katı katı ve kahverengi yeşil teller piyasada bulunan kedi 6 kablo) ve merkezi işlemci boş RJ45 jakına takın. Yük ve yeri derhal bir deney çalıştırmadan önce raflar tüp. Tüm delikleri kaldırıldı kap ile 0.5 mL microcentrifuge tüp içerir ve tüpler rahatça sığacak olun. Her tüp bir böcek damızlık hücre, pupa durum veya Koza, bir airsoft Pelet ve nihayet bir metal BB ile doldurun. Düz kenar (cap) damızlık hücrenin kenarını airsoft Pelet ve metal BB doğru dönük olduğundan emin olun. Tüp raf aynası yuvarlak kenar alt kısmına ¼ inch naylon vidaları kullanarak raf, doğru ile yapıştırmayın. Düşen top toplayıcı doğru bakacak şekilde açılması ile raf platformu yer tüp rafları. Böylece metal bir BB serbestçe yapısı (Şekil 7) başka bir bölümünü karşı zıplatma olmadan toplayıcı düşebilir raflar platform çok arasındaki sınırda yer almalıdır. Raf yerleştirirken, yukarı bakacak şekilde açılması ile başlatın ve sonra yerine metal BBs serbest bırakılmış emin olmak için yavaşça döndürün. Rafları tüpler hafifçe geriye doğru düzgün yerleştirildiğinde, yanlışlıkla serbest bırakmak-in metal BBs olasılığını azaltarak eğik şekilde tasarlanmıştır. Ve bu adaptörü bir SD kart takın ve merkezi işlemci bir mikrop-USB bağlamak Arduino ve uygun herhangi bir USB adaptör diğer ucunu takarak başlatın. LCD ekranın altıya hazır olduğunuzda numaralarını görüntüler. Bir tek metal BB top toplayıcı her kanal ve seyretmek için ekranda görünen için karşılık gelen say ve ekranın altında görüntülemek doğru zaman için sürükleyip bırakamazsınız. Doğru zaman görüntülenmiyorsa 1.6.3 ve 1.6.4 saatini sıfırlamak için adımları yineleyin. Test metal BB kaydedilmez, toplayıcı engellendi. Tıkanıklık için görsel olarak kontrol ve sistemi yeniden başlatın. Eğer”kanal”bir olay her saniye sayar, bu kanal düzgün bağlı olmadığını gösterir. Tüm bağlantılarını kontrol edin ve sistemi yeniden başlatın. 3. deney sonunda ve veri analizi Ortaya çıkması (sonuçları ve rakamlar 8 ve 9 saat ölçekli örnekler için bkz:), güç kesme aparatı Arduino çıkararak sona erdikten sonra. Raflar demonte ve yeniden kullanım için temizledim. Deneme sırasında veri bir virgülle ayrılmış dosya (CSV) erişilebilir SD kart R programlama dili tarafından depolanır. Verileri bilgisayara aktarmak için SD kart kullanın ve RStudio kabarcık otomatik olarak oluşturur verilerin grafiğini çizer. Olay ve sıcaklık verilerini veri bütünlüğü aynı dosyaya kaydedilirler. Bu nedenle, bazı işleme analiz önce tamamlanması gerekir. Virgülle sınırlandırılmış dosyaya bir elektronik tablo programına alın. Sütunlar ı ve J arılar için çıkması saat ve tarihi; A ve B sütunlarına kesme ve ikinci bir elektronik tabloya sütun AE yapıştırarak yapmak onları, ve Kaydet ayrı bir dosya olarak bu sıcaklık veridir. Başlık sütun A ile “Tarih” ve sütun B “Zaman” ve sıralama sütun A sonra B. Kaydet bir CSV olarak veri. dosya. Download ve https://www.r-project.org/ RStudio en son sürümünü yükleyin. RStudio ile kullanarak yüklemek için yardım ve veri analiz burada https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html bulunabilir. Tamamlayıcı verilerde bulunan R komut dosyasını kullanarak, verilerin RStudio yükleyin. R komut dosyasını nereye eşleşmesi için çalışma hedef değiştirmek excel *. CSV dosyası bulunur. Komut dosyasını çalıştırmak ve Çözümlenecek veri dosyasını seçin. “R konsol içine çıkart” yazın. Kabarcık Arsa “Yüksek çözünürlük;” adlı çalışma hedefte bulunan yüksek çözünürlüklü TIFF (300 dpi) dosyası olarak kaydetmek için bu dosyaya yeniden adlandırın.

Representative Results

M. rotundata ortaya çıkması düzgün gün4meydana gelen ortaya çıkması ile çevresel bir işaret maruz kalmadan uyumsuzdur. Ancak, bir kare dalga thermoperiod (4 ° C thermoperiod) maruz kaldığında ortaya çıkması için thermophase4,5zaman uyumlu olur. Bu sonuç nerede böcekler et sineği Sarcophaga crassipalpis6, soğan sineği Delia atiqua7 ve koza weevil gibi ortaya çıkması, düzenleyen thermoperiod ipuçları kullanmak için tespit edilmiştir diğer çalışmalar için benzer Anthonomus grandis grandis8. Bir çalışmada stres geliştirme sırasında S. crassipaplpis9yetişkin ortaya çıkması senkronizasyonu etkiler gösterdi. Burada, bir stres bu tedavi yetişkin ortaya çıkması desynchronization neden hipotezi test etmek için geliştirme sırasında maruz kaldılar M. rotundata gelen sonuçları mevcut. Başarılı çalıştırmak Kullanıcı LCD ekran da kuluçka böcekler artık ortaya çıkıyor emin olmak için açmadan önce dikkat etmek gerekir. Deneme tamamlandığında, SD kart kaldırılır ve veriler RStudio bir kabarcık komplo olarak görüntülenmeyecektir için virgülle ayrılmış dosya olarak daha önce anlatıldığı gibi verilebilir. Şekil 8 arı ortaya çıkması 4 ° C thermoperiod altında uzun süre soğuk bir stres maruz geliştirme sırasında görüntüler. Kırmızı crosshairs medyan zamanı gösterecek ve başlık ortaya çıkması ve dosya adını günüdür. Bu R komut verileri görselleştirmek için kullanılması gerektiğini, ancak tek analiz olarak hizmet etmeli değil. Ortaya çıkması yanıt-e doğru çevre bir işaret Çözümlenecek veri rhythmicity için analiz edilebilir (analiz görmek). Komplikasyon Ne zaman bir sensör ile metal BBs tıkanmış, bir sinyal eksikliği art arda, birden çok yanlış veri noktalarına sebebiyet veren sayılır. Şekil 9 Şekil 8, ancak, BBs, bu nedenle büyük kabarcık grafik üzerinde oluşturma ile tıkanmış altı kanallarından biri ile sunulan aynı veri kümesini gösterir. Tıkanmış bir sensör durumunda, bu kanal verileri analiz kolayca kaldırılabilir. Birden fazla kanalı bir deneyde birleşmeyle tıkanmış bir sensör etkisini minimize faydalıdır. Analiz Veri eşitleme varlığı için Çözümleme “parametresi R,” ortaya çıkması ritmik veya aritmik10,11,12ise tanımlayan bir skaler İstatistik hesaplama tarafından yapılabilir. Bu 8 saat penceresinin dışında ortaya çıkan yetişkin 100 ile çarpımı sayısına göre bu sayı bölen gelişmekte olan yetişkin bir 8 saatlik penceresinde en yüksek sayısını hesaplama tarafından yapılır. Ortaya çıkan tüm bireyler için günün her saatinde gelişmekte olan yetişkin sayısını hesaplamak için havuza. Teorik parametresi R (tüm ortaya çıkması oluşur içinde geçidi) 0 200’e aralığıdır (ortaya çıkması dağıtılan düzgün gün boyunca)10. R değerleri < 60 ritmik ortaya çıkması, 60 kabul edilen < R 90 aritmik. R değerleri > 150 belirtmek üniforma dağıtım ortaya çıkması10. Şekil 8 gösterir o ortaya çıkışı parametre ile R ritmik 20.21 < 60 =. Bu tür veri yinelenen bir 24 saatlik zaman dağıtılır nedeniyle gerçeğini, dairesel istatistikleri (ayrıntılı Bennett vd., 20185olarak açıklanmıştır) daha güçlü bir analiz için istihdam gerekir. Bu RStudio için dairesel istatistik paketleri gerçekleştirilebilir (paket ‘daire’-CRAN. R-Project.org). Şekil 1: katkı bileşenleri imal. PLA filament kullanarak, 3D baskı sistemi için gerekli parçalar. İnşa ediliyor her kanal için gerekli parçalar 1 toplayıcı manifoldu (yeşil), 1 son kapağı (kırmızı), 6 platformu (turuncu) destekler, 4 tüp raf taban plakaları (mor) ve 4 boru raf yüz aynaları (sarı). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 2: tüp raf platformu derleme. Sıcak tutkal iki tüp raf platform inşa ediliyor kanal başına düzenlemek için kullanın. Oluklu plastik (gri renkle gösterilmiştir) bir bölümü ile üç platformu destekler (turuncu renkte gösterilir) kullanın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3: toplayıcı manifold x-ray. Bir kızılötesi dedektör (mavi renkle gösterilmiştir) toplayıcı ve ikinci yuvaya (kırmızı ile gösterilen) emitör bir yuvaya takın. Dedektör teller (sarı renkle gösterilmiştir) kablo kanalı üzerinden besleme ve tüm dört teller (yeşil vurgulanır) erişim delikten çekin. Hiçbir çıplak teller dokunuyorsun onları yerde güvenli hale getirmek için sıcak tutkal kullanarak emin olun. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4: bağlayıcı kablolama. Jack ve LCD ekranın merkezi işlemciye bağlamak için kablo tablo derinliklerinden görüldü toplayıcı manifold yapıştırılması önce RJ45 jack için bağlantı şeması. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5: top toplayıcı derleme. Bir son kapağı (kırmızı ile gösterilen), (yeşil renkle gösterilmiştir) bir toplayıcı manifold ve 24 x 30 cm kullanarak (ışık gri renkle gösterilmiştir) oluklu plastik parça top toplayıcı derleme kabuk topla. Oluklu plastik (koyu gri renkle gösterilmiştir) 8 x 27 cm parçası bir rampa eklemek için kullanın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6: Merkezi işlemci PCB board. Merkezi işlemci PCB board (yeşil tasvir) bir alt tabaka, (kırmızı olarak tasvir) bir üst tabaka ve serigrafi katmanı (mavi olarak tasvir) oluşur. Kadın başlıkları (alt) boyunca RJ45 jak ve aşağı açılır dirençler (hemen üstüne RJ45 PAD’ler) dışındaki tüm doğrudan delikler için lehim. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 7: son montaj. Kullanımda değilken, aparatı tüp raf platformu ile kullanılan her top toplayıcı her iki tarafında monte edilebilir. Böylece düşen BBs cihazları kapalı Zıplayan olasılığını azaltmaya tüp raf platformu çok kenarına altındadır ekli yüzeyler ile tüp rafları yerleştirilmiş olmalıdır. Ayak izi monte cihaz yaklaşık 25 cm x 35 cm, yüksekliği 20 cm. olan Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 8: grafik işleme, R. sonra tipik bir deneysel çalışma Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 9: grafik tıkanmış bir dedektör gün 4 nispeten büyük balonu tarafından gösterildiği gibi acı bir denemenin. Tıkanmış kanal böylece kalan veri noktaları koruma çözümlemesinde kaldırılabilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

Biz derleme ve böcek ortaya çıkması zamanlaması hassas ölçüm için sağlayan bir sistem kullanımı için bir iletişim kuralı mevcut. Bu sistem sınırlı önceki tasarımlar iki sorunları çözer: kısmi Otomasyon ve sınırlı örnek boyutu. Ayrıca birden fazla kanal kullanarak örnek boyutu artırmak için bize etkin mikrodenetleyiciler kullanarak veri koleksiyon otomatikleştirerek bu sorunları çözdük. Geçerli Tasarım toplam 1200 arı tutabilir altı Kanal içerir. Ek kanallar eklendiğinde veya gerekirse, sadece artan örnek boyutu için aynı zamanda aynı anda birden fazla tedavi etkilerini araştıran için izin düşülen. Kritik adımlar, değişiklikler, sınırlamalar ve gelecekteki uygulamalar aşağıda ele alınmıştır.

Otomatik değil sistem tek parçası damızlık hücreleri, metal BBs ve airsoft granül deney başında raflar yüklüyor. Onlar yalın böylece rafları tasarlanmış olmasına rağmen hafif metal BBs rafları ayakta dik, bakım olduğunda düşmesini önlemek için geri rafları yerleştirirken metal BBs yanlışlıkla sürümü önlemek için alınmalıdır. Ayrıca, rafları metal BB düşen yörüngesini pist ile hizalar raf, kenar ile aynı hizada olduğundan emin olun. Son olarak, yaprak enkaz açık pistlerden birinden sildi ve önceki deneyler üzerinden metal BBs tutan şasi makinesinin sensörünün engelleme engellemek için temizlenmiş olmalıdır. Verileri otomatik olarak bir SD karta bir CSV dosyası olarak kaydedilir ve bir SD kart belirtilmedikçe Arduino çalışmaz böylece komut dosyası yazılır. Veri dosyasının içine RStudio ve görüntülenmeyecektir daha önce bahsedilen R komut dosyasını kullanarak el ile içe aktarılır. Bu komut dosyasını otomatik olarak verileri bir kabarcık Arsa olarak grafik ve medyan saati ve günü çıkması tanımlar. Arduino komut dosyası olay verileri bir güç hatası durumunda veri kaybını önler dosyanın sonuna eklemek için yazılır. Ancak, bu da veri SD karttan ayıklandıktan sonra tüm dosyaları sonraki deneme önce temizlenmiş olmalıdır anlamına gelir.

SketchUp dosyası değişiklikler değiştirilmiş raflar içinde kullanılan farklı boy tüp ile farklı boyutlarda, böcekler için raflar boyutunu ayarlamak için yapılmış. Ayrıca, böcek tüp bırakmasını engeller ve granül farklı boyutlarda de gerekli olabilir çünkü airsoft Pelet boyutunu önemlidir. Çok çeşitli değişiklikler R komut dosyasına kabarcık araziler ve diğer grafik parametreleri görünümünü değiştirmek için yapılabilir.

Biz indirimli yanlış mutlak risk bir anlığına bile böylece birden çok veri noktası sayılan bir tek metal BB önleme BB bir metal tespit sonra verilen herhangi bir kanal devre dışı bırakır bir debounce kod yazarak. Her ne kadar bu bir veri noktası birden fazla arı ortaya Eğer cevapsız ama kanallar bağımsız olduğu gerçeği olasılığını oluşturur, bu açığın etkisini azaltır. Başka bir geçerli sistem kısıtlamasıdır tek tek veri noktalarını discernable değildir, Yani, düşen metal BB geri belirli bir kişiye izlenemez. Ayrıca, geçerli sistem ortaya çıkması ama değil eclosion ritimleri M. rotundata, olarak ölçer eclosion ritimleri türlerin ortaya çıkması ve eclosion nerede eşanlamlı ölçmek ama. Son olarak, geçerli Tasarım kendi kullanımı için kontrollü ortamlarda sınırlama hava koşullarına dayanıklı değildir.

Gelecekteki uygulamalar diğer abiyotik ve biyotik çevre ipuçları zamanlama M. rotundataortaya çıkması için etkileri inceleyerek içerir. Ayrıca, çeşitli ortamlar böcekler işgal çünkü ilgili çevre ipuçları türler arasında değişir. Böylece, birleşme daha fazla böcek türlerinin özellikleri arasında gelişti soruşturma nasıl sirkadiyen sistemleri için önemlidir. Az şey bilinmektedir hakkında nasıl gelişimsel koşulları yetişkin ortaya çıkması zamanlaması etkiler; Bu nedenle, sistemimiz tedavilerinin ortaya çıkması üzerine etkileri deşifre etmek için kullanılabilir. Ayrıca, çevre ipuçları kombinasyonları böcek yanıtları etkileyebilir, böylece gelecekteki deneyler ortaya çıkması üzerindeki göreli etkileri anlamak için birden çok çevre ipuçlarını birleştirmek gerektiğini. Son olarak, dağıtım alanında gözlemlemek için doğal ayarları arabuluculuk nasıl ortaya çıkması ritimleri ilgi olduğunu. Bu sistem ve eşsiz kombinasyonu katkı imalat, açık kaynak programlama ve gözlemlenebilir biyolojik özellikleri, kullanım kolaylığı eğitim bir ortamda kullanmak için bir aday yapmak.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Böcek Cryobiology ve Ecophysiology çalışma grubu Fargo, ND içinde açıklanan sistem kullanarak deneyler yararlı geribildirim için kabul etmek istiyoruz.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lankinen, P. Geographical variation in circadian eclosion rhythm and photoperiodic adult diapause in Drosophila littoralis. Journal of Comparative Physiology A. 159, 123-142 (1986).
  2. Watari, Y. Comparison of the circadian eclosion rhythm between non-diapause and diapause pupae in the onion fly, Delia antiqua. Journal of Insect Physiology. 48, 83-89 (2002).
  3. Zimmerman, W. F., Pittendrigh, C. S., Pavlidis, T. Temperature compensation of the circadian oscillation in Drosophila pseudoobscura and its entrainment by temperature cycles. Journal of Insect Physiology. 14, 669-684 (1968).
  4. Yocum, G. D., Rinehart, J. P., Yocum, I. S., Kemp, W. P., Greenlee, K. J. Thermoperiodism synchronizes emergence in the alfalfa leafcutting bee (Hymenoptera: Megachilidae). Environmental Entomology. 45, 245-251 (2016).
  5. Bennett, M. M., Rinehart, J. P., Yocum, G. D., Doetkott, C., Greenlee, K. J. Cues for cavity nesters: Investigating relevant Zeitgebers for emerging leafcutting bees, Megachile rotundata (Hymenoptera: Megachilidae). Journal of Experimental Biology. 221, jeb175406 (2018).
  6. Miyazaki, Y., Goto, S. G., Tanaka, K., Saito, O., Watari, Y. Thermoperiodic regulation of the circadian eclosion rhythm in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis. Journal of Insect Physiology. 57, 1249-1258 (2011).
  7. Watari, Y., Tanaka, K. Effects of background light conditions on thermoperiodic eclosion rhythm of onion fly Delia antiqua. Entomological Science. 17, 191-197 (2014).
  8. Greenberg, S. M., Armstrong, J. S., Setamou, M., Coleman, R. J., Liu, T. X. Circadian rhythms of feeding, oviposition, and emergence of the boll weevil (Coleoptera: Curculionidae). Insect Science. 13, 461-467 (2006).
  9. Yocum, G. D., Zdarek, J., Joplin, K. H., Lee, R. E., Smith, D. C., Manter, K. D., Denlinger, D. L. Alteration of the eclosion rhythm and eclosion behavior in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis, by low and high temperature stress. Journal of Insect Physiology. 40, 13-21 (1994).
  10. Winfree, A. Integrated view of resetting a circadian clock. Journal of Theoretical Biology. 28, 327-374 (1970).
  11. Watari, Y., Tanaka, K. Interacting effect of thermoperiod and photoperiod on the eclosion rhythm in the onion fly, Delia antiqua supports the two-oscillator model. Journal of Insect Physiology. 56, 1192-1197 (2010).
  12. Short, C. A., Meuti, M. E., Zhang, Q., Denlinger, D. L. Entrainment of eclosion and preliminary ontogeny of circadian clock gene expression in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis. Journal of Insect Physiology. 93, 28-35 (2016).

Tags

Insect Emergence PatternsChronobiologyStress PhysiologyAutomated MeasurementCollector ManifoldInfrared EmitterInfrared DetectorRJ45 Ethernet JackCentral ProcessorArduino NanoTemperature SensorClockSD ModuleLCD ScreenPull-down ResistorsMicro-centrifuge Tubes

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This 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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image