सीमित कीट उड़ान के अध्ययन के लिए एक उन्नत उड़ान मिल का निर्माण
Summary
यह प्रोटोकॉल अधिक लचीला उड़ान मिल डिजाइन बनाने के लिए मेकरस्पेस में पाए जाने वाले त्रि-आयामी (3 डी) प्रिंटर और लेजर कटर का उपयोग करता है। इस तकनीक का उपयोग करके, शोधकर्ता लागत को कम कर सकते हैं, डिजाइन लचीलेपन को बढ़ा सकते हैं, और सीमित कीट उड़ान अध्ययन के लिए अपनी उड़ान मिलों का निर्माण करते समय प्रजनन योग्य काम उत्पन्न कर सकते हैं।
Abstract
मेकरस्पेस में शोधकर्ताओं को नई तकनीकों को विकसित करने और पारिस्थितिक अनुसंधान में उपन्यास प्रजातियों के साथ काम करने में सक्षम बनाने की उच्च क्षमता है। यह प्रोटोकॉल दर्शाता है कि अपेक्षाकृत कम लागत के लिए अधिक बहुमुखी उड़ान मिल बनाने के लिए मेकरस्पेस में पाई जाने वाली तकनीक का लाभ कैसे उठाया जाए। यह देखते हुए कि इस अध्ययन ने पिछले दशक में निर्मित उड़ान मिलों से अपना प्रोटोटाइप निकाला, यह प्रोटोकॉल सरल, आधुनिक उड़ान मिल से बने मतभेदों को रेखांकित करने पर अधिक केंद्रित है। पिछले अध्ययनों से पहले ही पता चला है कि गति, दूरी या आवधिकता जैसे उड़ान मापदंडों को मापने के लिए कितनी लाभप्रद उड़ान मिलें हैं। ऐसी मिलों ने शोधकर्ताओं को इन मापदंडों को रूपात्मक, शारीरिक या आनुवंशिक कारकों के साथ संबद्ध करने की अनुमति दी है । इन फायदों के अलावा, यह अध्ययन अधिक लचीला, मजबूत और टूटती उड़ान मिल डिजाइन बनाने के लिए 3डी प्रिंटर और लेजर कटर जैसे मेकरस्पेस में तकनीक का उपयोग करने के लाभों पर चर्चा करता है। सबसे विशेष रूप से, इस डिजाइन के 3 डी मुद्रित घटक उपयोगकर्ता को मिल आर्म एंड इन्फ्रारेड (आईआर) सेंसर की ऊंचाइयों को समायोज्य बनाकर विभिन्न आकारों की कीड़ों का परीक्षण करने की अनुमति देते हैं। 3डी प्रिंट उपयोगकर्ता को क्षेत्र में त्वरित भंडारण या परिवहन के लिए मशीन को आसानी से अलग करने में सक्षम बनाते हैं। इसके अलावा, यह अध्ययन न्यूनतम तनाव के साथ कीड़ों को टेदर करने के लिए मैग्नेट और चुंबकीय पेंट का अधिक से अधिक उपयोग करता है। अंत में, यह प्रोटोकॉल कंप्यूटर लिपियों के माध्यम से उड़ान डेटा के बहुमुखी विश्लेषण का विवरण देता है जो एक ही रिकॉर्डिंग के भीतर अलग-अलग उड़ान परीक्षणों को कुशलतापूर्वक अलग और विश्लेषण करता है। हालांकि अधिक श्रम-प्रधान, मेकरस्पेस में उपलब्ध उपकरणों को लागू करना और ऑनलाइन 3 डी मॉडलिंग कार्यक्रमों पर बहुविषयक और प्रक्रिया-केंद्रित प्रथाओं की सुविधा प्रदान करता है और शोधकर्ताओं को संकीर्ण रूप से समायोज्य आयामों वाले महंगे, पूर्वनिर्मित उत्पादों से बचने में मदद करता है। मेकरस्पेस में प्रौद्योगिकी के लचीलेपन और प्रजनन क्षमता का लाभ उठाकर, यह प्रोटोकॉल रचनात्मक उड़ान मिल डिजाइन को बढ़ावा देता है और खुले विज्ञान को प्रेरित करता है।
Introduction
यह देखते हुए कि कीड़ों का फैलाव क्षेत्र में कितना असभ्य है, उड़ान मिल एक महत्वपूर्ण पारिस्थितिक घटना को संबोधित करने के लिए एक आम प्रयोगशाला उपकरण बन गया है – कीड़े कैसे चलते हैं। नतीजतन, चूंकि उड़ान मिल1,2,3,4 के अग्रदूतों ने उड़ान मिल डिजाइन और निर्माण के छह दशकों में प्रवेश किया है, इसलिए प्रौद्योगिकियों में सुधार के रूप में ध्यान देने योग्य डिजाइन बदलाव किए गए हैं और वैज्ञानिक समुदायों में अधिक एकीकृत हो गए हैं। समय के साथ, स्वचालित डेटा एकत्र करने वाले सॉफ्टवेयर ने चार्ट रिकॉर्डर की जगह ले ली, और उड़ान मिल हथियार ग्लास रॉड से कार्बन छड़ और स्टील ट्यूबिंग5में संक्रमण करते हैं। पिछले दशक में ही, चुंबकीय बीयरिंग ने टेफ्लॉन या ग्लास बीयरिंग को इष्टतम घर्षण रहित के रूप में प्रतिस्थापित किया, और उड़ान मिल मशीनरी और बहुमुखी प्रौद्योगिकी के बीच जोड़े ऑडियो, विजुअल और लेयर फैब्रिकेशन तकनीक के रूप में तेजी से शोधकर्ताओं के वर्कफ्लो में एकीकृत हो गए हैं। इन पेयरिंग में विंग एयरोडायनामिक्स6को मापने के लिए हाई-स्पीड वीडियो कैमरे, श्रवण उड़ान प्रतिक्रियाओं7का अध्ययन करने के लिए संवेदी संकेतों की नकल करने के लिए डिजिटल-टू-एनालॉग बोर्ड, और 3 डी प्रिंटिंग शामिल हैं ताकि उड़ान 8 केदौरानविंग विरूपण को ट्रैक करने के लिए एक अंशांकन रिग बनाया जा सके। मेकरस्पेस में उभरती प्रौद्योगिकियों की हालिया वृद्धि के साथ, विशेष रूप से जानकार कर्मचारियों द्वारा संचालित डिजिटल मीडिया केंद्रों वाले संस्थानोंमें,कीड़ों की एक बड़ी श्रृंखला का परीक्षण करने और डिवाइस को क्षेत्र में परिवहन करने के लिए उड़ान मिल को बढ़ाने के लिए अधिक संभावनाएं हैं। शोधकर्ताओंके लिए अनुशासनात्मक सीमाओं को पार करने और उत्पादन आधारित कार्य9,10, 11, 12के माध्यम से तकनीकी शिक्षा में तेजी लानेकीभी उच्च क्षमता है । उड़ान मिल यहां प्रस्तुत (Attisano और सहयोगियों से अनुकूलित13)न केवल 1 को मेकरस्पेस में पाया उभरती प्रौद्योगिकियों का लाभ लेता है) उड़ान मिल घटकों जिनके तराजू और आयाम ठीक हाथ में परियोजना के लिए देखते हैं, लेकिन यह भी 2) शोधकर्ताओं को एक उच्च बजट या कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) में किसी भी विशेष ज्ञान की मांग के बिना लेजर काटने और 3 डी मुद्रण में एक सुलभ प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं ।
उड़ान मिल के साथ नई प्रौद्योगिकियों और तरीकों को युग्मन करने के लाभ पर्याप्त हैं, लेकिन उड़ान मिलें भी मूल्यवान स्टैंड-अलोन मशीनें हैं। उड़ान मिलें कीट उड़ान प्रदर्शन को मापती हैं और यह निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाती हैं कि उड़ान की गति, दूरी या आवधिकता पर्यावरण या पारिस्थितिक कारकों से कैसे संबंधित है, जैसे तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, मौसम, मेजबान संयंत्र, शरीर द्रव्यमान, रूपात्मक लक्षण, आयु और प्रजनन गतिविधि। एक्टोग्राफ, ट्रेडमिल्स जैसे वैकल्पिक तरीकों से अलग, और पवन सुरंगों और इनडोर एरेनास14में उड़ान आंदोलन की वीडियो रिकॉर्डिंग, उड़ान मिल प्रयोगशाला स्थितियों के तहत विभिन्न उड़ान प्रदर्शन आंकड़ों को इकट्ठा करने की क्षमता के लिए उल्लेखनीय है। यह पारिस्थितिकीविदों को उड़ान फैलाव पर महत्वपूर्ण प्रश्नों को संबोधित करने में मदद करता है, और यह उन्हें अपने अनुशासन में प्रगति करने में मदद करता है –चाहे वह एकीकृत कीट प्रबंधन15,16,17,जनसंख्या गतिशीलता, आनुवंशिकी, बायोजियोग्राफी, जीवन-इतिहास रणनीतियां18,या फेनोटाइपिक प्लास्टिसिटी19,20,21, 22 . दूसरी ओर, उच्च गति वाले कैमरों और एक्टोग्राफ जैसे उपकरणों के लिए एक सख्त, जटिल और महंगे सेटअप की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन वे अधिक ठीक-ठाक आंदोलन मापदंडों का कारण बन सकते हैं, जैसे विंग-बीट आवृत्तियों और कीट फोटोफेज गतिविधि23,24। इस प्रकार, यहां प्रस्तुत उड़ान मिल शोधकर्ताओं के लिए उड़ान व्यवहार की जांच करने के लिए एक लचीला, सस्ती और अनुकूलन विकल्प के रूप में कार्य करता है।
इसी तरह, पारिस्थितिकीविदों के कार्यप्रवाह में उभरती प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करने के लिए प्रोत्साहन फैलाव का अध्ययन करने के लिए सवालों और दृष्टिकोण के रूप में वृद्धि जारी है और अधिक रचनात्मक और जटिल हो जाते हैं । नवाचार को बढ़ावा देने वाले स्थानों के रूप में, मेकरस्पेस विशेषज्ञता के कई स्तरों में आकर्षित होते हैं और किसी भी उम्र के उपयोगकर्ताओं को नए तकनीकी कौशल10,12प्राप्त करने के लिए कम सीखने की अवस्था प्रदानकरतेहैं। मेकरस्पेस में और ऑनलाइन खुले स्रोतों के माध्यम से प्रोटोटाइप वैज्ञानिक उपकरणों की पुनरावर्तक और सहयोगी प्रकृति सिद्धांत11 के आवेदन में तेजी लाने और पारिस्थितिक विज्ञान में उत्पाद विकास की सुविधा प्रदान कर सकती है। इसके अलावा, वैज्ञानिक उपकरणों की प्रजनन क्षमता बढ़ाने से व्यापक डेटा संग्रह और खुले विज्ञान को प्रोत्साहन मिलेगा । यह शोधकर्ताओं को फैलाव को मापने के लिए उपकरण या तरीकों को मानकीकृत करने में मदद कर सकता है । मानकीकरण उपकरण पारिस्थितिकीविदों को आबादी में फैलाव डेटा को एकजुट करने की अनुमति दे सकते हैं ताकि मेटापॉपुलेशन मॉडल का परीक्षण किया जा सके जो फैलाव के गुठली25 या स्रोत-सिंक उपनिवेशीकरण गतिशीलता26से विकसित होते हैं। बहुत पसंद है कि कैसे चिकित्सा समुदाय रोगी की देखभाल और शरीर रचना विज्ञान शिक्षा27के लिए 3 डी प्रिंटिंग अपना रहा है, पारिस्थितिकीविद पारिस्थितिकी उपकरणों और शिक्षा को नया स्वरूप देने के लिए लेजर कटर और 3डी प्रिंटर का उपयोग कर सकते हैं और इस अध्ययन के दायरे में, अतिरिक्त उड़ान मिल घटकों को डिजाइन कर सकते हैं, जैसे लैंडिंग प्लेटफॉर्म या एक उड़ान मिल आर्म जो खड़ी हो सकते हैं। बदले में, मेकरस्पेस प्रौद्योगिकी द्वारा प्रदान की जाने वाली अनुकूलन, लागत-प्रभावशीलता और बढ़ी हुई उत्पादकता शोधकर्ताओं के लिए अपेक्षाकृत कम बाधा के साथ फैलाव परियोजनाओं को शुरू करने में मदद कर सकती है जो अपने स्वयं के उपकरण और उपकरणों को विकसित करने का इरादा रखते हैं।
इस उड़ान मिल का निर्माण करने के लिए, यांत्रिक और सहायक सीमाएं भी हैं जिन पर निर्माता द्वारा विचार किया जा सकता है। मैग्नेट और 3 डी मुद्रित संवर्द्धन उड़ान मिल को अनिवार्य रूप से गोंदित होने की अनुमति देते हैं, सिवाय क्रॉस कोष्ठक के निर्माण के, और विभिन्न आकारों की कीड़ों के लिए एकमंोमोड हो जाते हैं। हालांकि, जैसे-जैसे बड़े पैमाने पर और कीड़ों की ताकत बढ़ती है, कीड़े खुद को सीमित करते समय खुद को डिस्माउंट करने की अधिक संभावना हो सकती है। मजबूत मैग्नेट का उपयोग बढ़े हुए मरोड़ ड्रैग की कीमत पर किया जा सकता है, या बॉल बेयरिंग चुंबकीय बीयरिंग को उड़ान परीक्षण कीड़ों के लिए एक मजबूत समाधान के रूप में बदल सकते हैं जिसका वजन कई ग्राम28,29है। फिर भी, बॉल बेयरिंग कुछ समस्याएं भी पेश कर सकते हैं, मुख्य रूप से कि उच्च गति और उच्च तापमान के साथ लंबे समय तक प्रयोग चलाना बॉल बेयरिंग के स्नेहन को नीचा कर सकता है, जो घर्षण30को बढ़ाता है। इस प्रकार, उपयोगकर्ताओं को यह विचार करना होगा कि कौन सी उड़ान मिल यांत्रिकी अध्ययन और प्रयोगात्मक डिजाइन की अपनी कीट (एस) के अनुरूप होगी।
इसी तरह, एक उड़ान मिल को साधन देने के कई तरीके हैं जो इस पेपर के विचारों से परे हैं। यहां प्रस्तुत उड़ान मिल क्रांतियों का पता लगाने के लिए आईआर सेंसर का उपयोग करती है, क्रांतियों को रिकॉर्ड करने के लिए WinDAQ सॉफ्टवेयर, और कच्चे डेटा को संसाधित करने के लिए प्रोग्रामिंग स्क्रिप्ट। यद्यपि यह उपयोग में आसान है, लेकिन विंडAQ सॉफ्टवेयर में सीमित उपकरण उपलब्ध हैं। उपयोगकर्ता अपने संबंधित चैनल पर टिप्पणियां संलग्न नहीं कर सकते हैं, और यदि सर्किटरी का कोई घटक विफल हो जाता है तो उन्हें सतर्क नहीं किया जा सकता है। इन मामलों को कोड के माध्यम से पता लगाने और सही करके हल किया जाता है लेकिन डेटा संग्रह के बाद ही। वैकल्पिक रूप से, उपयोगकर्ता एक से अधिक सॉफ़्टवेयर अपना सकते हैं जो अनुकूलन डेटा संग्रह सुविधाओं28 या सेंसर प्रदान करता है जो बाइक मिलोमीटर29जैसे प्रत्यक्ष गति और दूरी के आंकड़े लेते हैं। हालांकि, ये विकल्प मूल्यवान कच्चे डेटा को बाईपास कर सकते हैं या बहुत सारे सॉफ्टवेयर अनुप्रयोगों में कार्यक्षमता को फैलाना कर सकते हैं, जो डेटा प्रसंस्करण अक्षम बना सकते हैं। अंततः, उड़ान मिल इंस्ट्रूमेंटेशन को फिर से बदलने के बजाय, यह प्रोटोकॉल वर्तमान सॉफ्टवेयर सीमाओं के लिए मजबूत प्रोग्रामिंग समाधान प्रदान करता है।
इस पेपर में, एक बढ़ी हुई सरल उड़ान मिल के लिए एक डिजाइन को शोधकर्ताओं को उनके फैलाव अध्ययनों में सहायता करने और व्यवहार पारिस्थितिकी के क्षेत्र में उभरती प्रौद्योगिकियों के समावेश को प्रोत्साहित करने के लिए वर्णित किया गया है। यह उड़ान मिल एक इनक्यूबेटर की बाधाओं के भीतर फिट बैठती है, एक साथ आठ कीड़े रखती है, और डेटा संग्रह और प्रसंस्करण को स्वचालित करती है। विशेष रूप से, इसके 3 डी मुद्रित संवर्द्धन उपयोगकर्ता को विभिन्न आकारों की कीड़ों का परीक्षण करने और त्वरित भंडारण या परिवहन के लिए डिवाइस को अलग करने के लिए मिल आर्म और आईआर सेंसर हाइट्स को समायोजित करने की अनुमति देते हैं। एक सांप्रदायिक मेकरस्पेस तक संस्थागत पहुंच के लिए धन्यवाद, सभी संवर्द्धन स्वतंत्र थे, और सरल, आधुनिक उड़ान मिल की तुलना में कोई अतिरिक्त लागत अर्जित नहीं की गई थी। सभी सॉफ्टवेयर की जरूरत है मुफ़्त हैं, इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी सरल है, और सभी लिपियों को प्रयोगात्मक डिजाइन की विशिष्ट जरूरतों का पालन करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। इसके अलावा, कोडित निदान उपयोगकर्ता को अपनी रिकॉर्डिंग की अखंडता और परिशुद्धता की जांच करने की अनुमति देता है। अंत में, यह प्रोटोकॉल एक कीट द्वारा निरंतर तनाव को चुंबकीय रूप से पेंटिंग और कीड़ों को मिल आर्म में सीमित करके कम करता है। सरल उड़ान मिल की असेंबली के साथ पहले से ही सुलभ, सस्ती और लचीला होने के साथ, सरल उड़ान मिल को बढ़ाने के लिए मेकरस्पेस प्रौद्योगिकियों का उपयोग शोधकर्ताओं को अपनी विशिष्ट उड़ान अध्ययन की जरूरतों को दूर करने के लिए जगह प्रदान कर सकता है और इस पेपर के विचारों से परे रचनात्मक उड़ान मिल डिजाइनों को प्रेरित कर सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
सरल, आधुनिक उड़ान मिल एक विश्वसनीय और स्वचालित डिजाइन प्रदान करके सीमित कीट उड़ान का अध्ययन करने में रुचि रखने वाले शोधकर्ताओं के लिए कई फायदे प्रदान करती है जो कई कीड़ों को कुशलतापूर्वक और लागत प्रभा…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
मैं सभी उड़ान मिल सामग्री खरीदने और परियोजना के लिखने के लिए निर्माण से निरंतर प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए मेरेडिथ सेंजर का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा। मैं एना सिलबर्ग को standardize_troughs.py में उनके योगदान के लिए भी धन्यवाद देता हूं । अंत में, मैं अपने सांप्रदायिक मेकरस्पेस उपकरण, प्रौद्योगिकी का उपयोग करने की अनुमति के लिए शिकागो विश्वविद्यालय में मीडिया आर्ट्स, डेटा और डिजाइन सेंटर (MADD) को धन्यवाद देता हूं, और मुफ्त में आपूर्ति करता हूं।
Materials
| 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 |
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