Name: מערכת היברידית חרקים-מכונה: רדיו שליטה מרחוק של חיפושית עפה חופשי ( Mercynorrhina torquata) (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: למדו כיצד לבנות מערכת היברידית חרקים-מכונה לגירוי אלחוטי של שרירי תעופה בחיפושית Mercynorrhina torquata. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקור את תפקוד שרירי התעופה ואת תפקידם בדינמיקת הטיסה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

חומר זה מבוסס על העבודות הנתמכות על ידי עוזר פרופסור נאניאנג (NAP, M4080740), הסוכנות למדע, טכנולוגיה ומחקר (A*STAR), מימון מחקר במגזר הציבורי (PSF, M4070190), מענק משותף של A*STAR-JST (סוכנות המדע והטכנולוגיה היפנית) (M4070198), ומשרד החינוך של סינגפור (MOE2013-T2-2-049). המחברים רוצים להודות למר רוג'ר טאן קיי צ'יה, פרופ' לואו קין הואט, מר פון קי צ'ון, מר צ'ו הוק סי, מר לאם קים קונג וד"ר מאו שישין מבית הספר למחקר על תמיכתם בהקמה ותחזוקה של מתקני המחקר. המחברים מודים לפרופ' מישל מהארביז (אוניברסיטת ברקלי) על עצתו ודיוןיו, לפרופ' כריס פיסטר ולקבוצתו (אוניברסיטת ברקלי) על תמיכתם במתן ה-GINA ששימש במחקר זה.

1. מחקר בבעלי חיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיפושיות אחוריות יחיד Mecynorrhina torquata (6 סנטימטר, 8 גרם) במכלי פלסטיק נפרדים עם מצעים גלולים עץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאכיל אחד את החיפושית כוס ג&#39;לי סוכר (12 מ&quot;ל) כל 3 ימים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמרו על טמפרטורה ולחות של החדר גידול של 25 מעלות צלזיוס ו -60%, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את יכולת הטיסה של כל חיפושית לפני השתלת אלקטרודות חוט דקות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעדינות לזרוק חיפושית לאוויר. אם החיפושית יכולה לטוס יותר מ 10 שניות במשך 5 משפטים רצופים, להסיק כי החיפושית יש יכולות טיסה סדירות ולעשות בה ניסויים לטיסה מאוחרים יותר. כדי לשחזר את החיפושית, לכבות את כל האורות בחדר כדי להפוך אותו כהה. זה גורם חיפושית לסיים טיסה. הערה: חיפושית מתחילה באופן ספונטני לעוף משם כאשר משתחררים לאוויר. עדיף לבצע את ניסויי הטיסה בחדר סגור גדול כמו זה שמוצג באיור 1 (16 x 8 x 4 מ &#39; <sup&gt; 3 עם רווח לכיד תנועה של 12.5 x 8 x 4 מ &#39;3), כמו מהלכי חיפושית עפו מהר מאוד (כ 3-5 m / sec) ומציירים קשתות גדולות בעת הסיבוב באוויר. </li></ol></li></ol> 2. אלקטרודה השרשה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את חיפושית על ידי הצבת אותו במיכל פלסטיק מלאים CO 2 דקות 1 13,16,20-24. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכך שעוות שיניים על ידי טבילה אותו במים חמים למשך 10 שניות. מניח את החיפושית מורדמת על בלוק עץ לשתק אותו עם שעוות שיניים מרוכך. שעוות השיניים מתקררת באופן טבעי מבצרת תוך מספר דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cut חוטי כסף מבודדים (127 מיקרומטר קוטר חשוף, 178 מיקרומטר בקוטר כאשר מצופה perfluoroalkoxy) לחתיכות באורך של 25 מ&quot;מ להשתמש אלקטרודות חוט דק כמו להשתלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף 3 מ&quot;מ של כסף חשוף ידי בוערים המבדדים בשני קצותיו של כל חוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את המשטח העליון של לציפורן החיפושית באמצעות מספרי קנס שקצו ליצור SMAll חלון של כ 4 x 4 מ&quot;מ על metepisternum (איור 2 ג). הערה: לציפורן רכה בצבע חום חשופה אז, כפי שמוצג 2c ומספרים - דואר. שריר 3Ax ממוקם מתחת לציפורן הרך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פירס שני חורים על לציפורן החום החשופה באמצעות סיכת חרק (גודל 00), תוך שמירת מרחק של 2 מ&quot;מ בין שני החורים (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכניסו שתי אלקטרודות חוט (כולל אלקטרודות פעיל אחד ואחד בתמורה מוכן בשלב 2.4) בזהירות דרך החורים ולהשתיל אותם כל שריר 3Ax בעומק של 3 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Secure הרושמים ולהחזיק אותם במקום כדי למנוע מגע ו-קצר על ידי הטלת דונג נמס על החורים. במידת הצורך, להזרים מחדש הדונג מעל לציפורן על ידי נגיעת הדונג עם קצה מלחם חם. הדונג מבצר במהירות ומחזק את ההשתלה. הערה: כדי לבדוק אם ההשתלה נכון, elytra של סלקle ניתן להרים להתבונן התנועה של השריר 3Ax במהלך גירוי חשמלי. </li></ol> 3. אלחוטי תרמיל אסיפה הערה: תרמיל כללה מיקרו רדיו מובנה על 4 לוח FR-4 שכבות (1.6 x 1.6 ס&quot;מ 2). התרמיל היה מונע על ידי microbattery ליתיום פולימר (3.7 V, 350 מ&quot;ג, 10 mAh). המסה הכוללת של התרמיל כולל הסוללה הייתה 1.2 ± 0.26 גרם שהוא פחות הקיבולת הגדולה של החיפושית (30% ממשקל גוף 10 גרם). התרמיל היה מתוכנת מראש לקבל תקשורת אלחוטית ונולד להם שני ערוצי פלט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקו את משטח pronotum (להסיר את שכבת שעווה על לציפורן) באמצעות דבק דו-צדדי. לאחר מכן, לצרף את התרמיל על pronotum של החיפושית עם נייר דבק דו-צדדי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הקצוות של אלקטרודות מושתלות על הפלטים של התרמיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גלישת קלטת רטרו-רפלקטיבי ברחבי microbattery לייצר סמן FOמצלמות r לכידת תנועה לאתר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את microbattery לחלק העליון של התרמיל באמצעות נייר דבק דו-צדדי כך קלטת רטרו-רפלקטיבי ניתן לאתר על ידי מצלמות לכידות תנועה. </li></ol> 4. מערכת שליטה אלחוטית הערה: במקרה זה, מערכת שליטה אלחוטית לטווח כוללת מקלט עבור בקר מרחוק, מחשב נייד כדי להפעיל את תוכנת בקרת טיסה מותאמת אישית, תחנת בסיס, תרמיל, ואת מערכת לכידת תנועה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את תחנת הבסיס לבין המקלט של בקר מרחוק למחשב הנייד באמצעות יציאות USB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעילו את מערכת לכידת תנועה ולחבר אותו למחשב הנייד דרך יציאת Ethernet. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע כיול נפח בהנפת שרביט הכיול (המסופק על ידי חברת הספק של מערכת לכידת התנועה) כדי לכסות את השטח לכיד תנועה מלאה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת לכידת תנועה משולחן העבודה של המחשב הנייד. לחץ וד&quot;רag כדי לבחור את כל המצלמות על תפריט &quot;המערכת&quot; של הפנל &quot;משאבים&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על תפריט &quot;פרספקטיבת 3D&quot; ובחר &quot;מצלמה&quot; כדי לשנות את תצוגת המצלמה. לחץ על הכרטיסייה &quot;מצלמה&quot; בלוח &quot;כלים&quot; כדי להראות את ההתקנה כיול. לחץ על &quot;התחל&quot; בתפריט &quot;צור מסכות מצלמה&quot; כדי למנוע רעש מהמצלמות ואז &quot;עצור&quot; אחרי הרעש מוסווה בכחול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ ובחר &quot;5 מרקר שרביט &amp; L-פריים&quot; מהתפריט &quot;שרביט&quot; והתפריט &quot;L-פריים&quot; בכרטיסייה &quot;מצלמה&quot;. בחר את &quot;רוזן השרביט&quot; ל -2,500, לחץ על &quot;התחל&quot; בתפריט &quot;כיול המצלמות&quot;, ומנופף שרביט הכיול בחלל הלכיד תנועה כולו. תהליך הכיול נפסק כאשר ספירת השרביט מגיעה 2,500. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך הכיול אם שגיאת תמונה (בתחתית הכרטיסייה &quot;המצלמה&quot; של פנל &quot;כלים&quot;) גבוהה מ -0.3 fאו כל מצלמה. לאחר כיול, לשים את השרביט על הרצפה באמצע המרחב לכידת תנועה ולחץ על &quot;התחל&quot; בתפריט &quot;הגדרת נפח מקור&quot; כדי להגדיר את המוצא של המרחב לכידת תנועה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הכיסוי של מערכת לכידת תנועה באמצעות מבחן דמה כדי להקליט את נתיב התנועה של סמן שהניף משתמש במרחב הלכיד התנועה ולאשר אם הסמן מזוהה ולעקוב אחריו. אם הסמן נמצא לאיבוד לעתים במהלך איתור, לחזור כיול נפח עד מבחן הדמה מצליח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על הכרטיסייה &quot;לכידת&quot; בלוח &quot;כלים&quot; ולאחר מכן &quot;התחל&quot; בתפריט &quot;ללכוד&quot; לפני מנופף את הסמן מדגם בחלל לכידת תנועה כולו להקליט את מסלולו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ההקלטה, לחץ על &quot;מפעיל את הצינור לשחזר&quot; לשחזר את עמדותיהם של הסמן ולבדוק את איכות ההקלטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את מסופי של microbattery (מצורף התרמיל בשלב 3.4) את סיכות הכח של התרמיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את התקשורת האלחוטית בין המחשב הנייד ואת התרמיל באמצעות תוכנת בקרת טיסה המותאמת אישית. לחץ על הפקודה &quot;התחל&quot; על התוכנה ולבדוק את מצב חיבור המוצג. </li></ol> 5. ניסוי טיסה חופשית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע את ניסוי טיסה חינם בתוך זירת טיסה המדידה 16 x 8 x 4 מ &#39;3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את הפרמטרים המתאימים לתוכנת בקרת טיסה (מתח, רוחב דופק, תדירות, ומשך גירוי). הערה: להדגמה, סידרנו את המתח עד 3 V, רוחב הפולס ל -3 msec, ומשך הגירוי 1 שניות ומגוון בתדירות מתוך 60 כדי 100 הרץ. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במסך התוכנה, סוג 3 עבור 3 V בתיבת &quot;המתח&quot;, 1,000 1,000 msec בתיבת &quot;משך הגירוי&quot;, 3 עבור 3 ms בתיבת &quot;רוחב דופק&quot;, ואת בתדירות רצויה רץ ב &quot; תדירות &quot;תיבת on את החלון הפקוד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שחרר את החיפושית רכוב תרמיל לאוויר שמאפשר לו לעוף בחופשיות בתוך זירת הטיסה. הפעלה ידנית של גירוי כאשר החיפושית נכנס במרחב לכידת תנועה. לחצו על לחצן הפקודה המתאימה (ימין או שמאל) בשלט רחוק כדי לעורר את שריר היעד בצד שמאל או ימין של חיפושית. הערה: לאחר הלחיצה על הלחצן, תוכנת בקרת הטיסה פועלת על המחשב הנייד יוצרת את הפקודה ושולחת אותו אל התרמיל. התרמיל ואז פלט את גירוי חשמלי לשריר עניין (בצד שמאל או ימין). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים לב לתגובה של החיפושית בזמן האמת במהלך הגירוי לשחזר את הנתונים באמצעות תוכנת גרפי 3D. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר באחד הניסויים רשמו ברשימת הנתונים של החלון &quot;חיפושית התצוגה&quot; ולחץ על &quot;יצוא פנדה&quot; כדי להעתיק את הנתונים של ניסוי זה לתיקיית הניתוח ולהפעיל את מודול גרפי 3D. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ &quot;N&quot; עלהמקלדת לשלב את אות הגירוי עם המסלול המוקלט. אני לוחץ להראות את המסלול של החיפושית עם תקופות הגירוי הדגישו. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+Transmission+of+Muscle+Potentials+During+Free+Flight+of+a+Locust%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Wireless Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of a Locust.</a> J. Exp. Biol. 185 (1), 367-373 (1993).</li>
<li>Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Radiotelemetric+2-Channel+Unit+for+Transmission+of+Muscle+Potentials+During+Free+Flight+of+the+Desert+Locust%2C+Schistocerca+Gregaria%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A Radiotelemetric 2-Channel Unit for Transmission of Muscle Potentials During Free Flight of the Desert Locust, Schistocerca Gregaria.</a> J. Neurosci. Methods. 64 (1), 39-45 (1996).</li>
<li>Ando, N., Shimoyama, I., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Dual-Channel+FM+Transmitter+for+Acquisition+of+Flight+Muscle+Activities+from+the+Freely+Flying+Hawkmoth%2C+Agrius+Convolvuli%5BTitle%5D)+AND+%22+J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A Dual-Channel FM Transmitter for Acquisition of Flight Muscle Activities from the Freely Flying Hawkmoth, Agrius Convolvuli.</a> J. Neurosci. Methods. 115 (2), 181-187 (2002).</li>
<li>Sanchez, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotion+control+of+hybrid+cockroach+robots%5BTitle%5D)+AND+%22J.+R.+Soc.+Interface%22%5BJournal%5D)">Locomotion control of hybrid cockroach robots.</a> J. R. Soc. Interface. 12 (105), (2015).</li>
<li>Sato, H., et al. A cyborg beetle: insect flight control through an implantable, tetherless microsystem. IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, , 164-167 (2008).</li>
<li>Bozkurt, A., Gilmour, R. F., Lal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Balloon-Assisted+Flight+of+Radio-Controlled+Insect+Biobots%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Balloon-Assisted Flight of Radio-Controlled Insect Biobots.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 56 (9), 2304-2307 (2009).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+Radio+Control+of+Insect+Flight%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Remote Radio Control of Insect Flight.</a> Front. Neurosci. 3, (2009).</li>
<li>Daly, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Pulsed+UWB+Receiver+SoC+for+Insect+Motion+Control%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Solid-State+Circuits%22%5BJournal%5D)">A Pulsed UWB Receiver SoC for Insect Motion Control.</a> IEEE J. Solid-State Circuits. 45 (1), 153-166 (2010).</li>
<li>Maharbiz, M. M., Sato, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyborg+Beetles%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Am%22%5BJournal%5D)">Cyborg Beetles.</a> Sci. Am. 303 (6), 94-99 (2010).</li>
<li>Tsang, W. M., et al. Remote control of a cyborg moth using carbon nanotube-enhanced flexible neuroprosthetic probe. 2010 IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), , 39-42 (2010).</li>
<li>Hinterwirth, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+Stimulation+of+Antennal+Muscles+in+Freely+Flying+Hawkmoths+Leads+to+Flight+Path+Changes%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Wireless Stimulation of Antennal Muscles in Freely Flying Hawkmoths Leads to Flight Path Changes.</a> PloS ONE. 7 (12), (2012).</li>
<li>Whitmire, E., Latif, T., Bozkurt, A. Kinect-based system for automated control of terrestrial insect biobots. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013 35th Annual International Conference of the IEEE, , 1470-1473 (2013).</li>
<li>Sato, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deciphering+the+Role+of+a+Coleopteran+Steering+Muscle+via+Free+Flight+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Deciphering the Role of a Coleopteran Steering Muscle via Free Flight Stimulation.</a> Curr. Biol. 25 (6), 798-803 (2015).</li>
<li>Erickson, J. C., Herrera, M., Bustamante, M., Shingiro, A., Bowen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective+Stimulus+Parameters+for+Directed+Locomotion+in+Madagascar+Hissing+Cockroach+Biobot%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Effective Stimulus Parameters for Directed Locomotion in Madagascar Hissing Cockroach Biobot.</a> PLoS ONE. 10 (8), e0134348(2015).</li>
<li>Zhaolin, Y., et al. A preliminary study of motion control patterns for biorobotic spiders. Control & Automation (ICCA), 11th IEEE International Conference, , 128-132 (2014).</li>
<li>Feng, C., Chao, Z., Hao Yu, C., Sato, H. Insect-machine hybrid robot: Insect walking control by sequential electrical stimulation of leg muscles. Robotics and Automation (ICRA), 2015 IEEE International Conference, , 4576-4582 (2015).</li>
<li>Cao, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Biological+Micro+Actuator%3A+Graded+and+Closed-Loop+Control+of+Insect+Leg+Motion+by+Electrical+Stimulation+of+Muscles%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">A Biological Micro Actuator: Graded and Closed-Loop Control of Insect Leg Motion by Electrical Stimulation of Muscles.</a> PLoS ONE. 9 (8), e105389(2014).</li>
<li>Zhao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuromechanism+Study+of+Insect-Machine+Interface%3A+Flight+Control+by+Neural+Electrical+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Neuromechanism Study of Insect-Machine Interface: Flight Control by Neural Electrical Stimulation.</a> PLoS ONE. 9 (11), e113012(2014).</li>
<li>Tsang, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Split-Ring+Electrode+for+Insect+Flight+Biasing+Using+Multisite+Neural+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Flexible Split-Ring Electrode for Insect Flight Biasing Using Multisite Neural Stimulation.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 57 (7), 1757-1764 (2010).</li>
<li>Barron, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anaesthetising+Drosophila+for+behavioural+studies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Insect+Physiol%22%5BJournal%5D)">Anaesthetising Drosophila for behavioural studies.</a> J. Insect Physiol. 46 (4), 439-442 (2000).</li>
<li>Cooper, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anesthesia%2C+Analgesia%2C+and+Euthanasia+of+Invertebrates%5BTitle%5D)+AND+%22ILAR+Journal%22%5BJournal%5D)">Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia of Invertebrates.</a> ILAR Journal. 52 (2), 196-204 (2011).</li>
<li>Miller, T. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMiller%2C+TA+%22Insect+neurophysiological+techniques%22">Insect neurophysiological techniques</a>. , Springer Science & Business Media. (2012).</li>
<li>Leary, S., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeary%2C+S+%22AVMA+guidelines+for+the+euthanasia+of+animals%22">AVMA guidelines for the euthanasia of animals</a>. , (2013).</li>
<li>Heath, B., West, G., Heard, D., Caulkett, N. Mobile Inhalant Anesthesia Techniques. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHeath%2C+B+%22in+Zoo+Animal+and+Wildlife+Immobilization+and+Anesthesia%22">in Zoo Animal and Wildlife Immobilization and Anesthesia</a>. , Blackwell Publishing Ltd. 75-80 (2008).</li>
<li>Mischiati, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Internal+models+direct+dragonfly+interception+steering%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Internal models direct dragonfly interception steering.</a> Nature. 517 (7534), 333-338 (2015).</li>
<li>Kutsch, W., Berger, S., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turning+Manoeuvres+in+Free-Flying+Locusts%3A+Two-Channel+Radio-Telemetric+Transmission+of+Muscle+Activity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Zoolog.+Part+A+Comp.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Turning Manoeuvres in Free-Flying Locusts: Two-Channel Radio-Telemetric Transmission of Muscle Activity.</a> J. Exp. Zoolog. Part A Comp. Exp. Biol. 299 (2), 139-150 (2003).</li>
<li>Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+Control+of+Free+Flight+Manoeuvres+in+a+Hawkmoth%2C+Agrius+Convolvuli%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Active Control of Free Flight Manoeuvres in a Hawkmoth, Agrius Convolvuli.</a> J. Exp. Biol. 211 (3), 423-432 (2008).</li>
<li>Sato, H., Maharbiz, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+in+the+remote+radio+control+of+insect+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Recent developments in the remote radio control of insect flight.</a> Front. Neurosci. 4, (2010).</li>
<li>Tien Van, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flight+behavior+of+the+rhinoceros+beetle+Trypoxylus+dichotomus+during+electrical+nerve+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinsp.+Biomim%22%5BJournal%5D)">Flight behavior of the rhinoceros beetle Trypoxylus dichotomus during electrical nerve stimulation.</a> Bioinsp. Biomim. 7 (3), 036021(2012).</li>
<li>Sane, S. P., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+control+of+flight+force+by+a+flapping+wing%3A+lift+and+drag+production%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">The control of flight force by a flapping wing: lift and drag production.</a> J. Exp. Biol. 204 (15), 2607-2626 (2001).</li>
<li>de Croon, G. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+aerodynamics+and+autonomy+of+the+DelFly%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinsp.+Biomim%22%5BJournal%5D)">Design, aerodynamics and autonomy of the DelFly.</a> Bioinsp. Biomim. 7 (2), 025003(2012).</li>
<li>Ma, K. Y., Chirarattananon, P., Fuller, S. B., Wood, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Flight+of+a+Biologically+Inspired%2C+Insect-Scale+Robot%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot.</a> Science. 340 (6132), 603-607 (2013).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי אין ניגודי אינטרסים.

תהליך ההשתלה הוא חשוב, מאחר שהוא משפיע על מהימנותם של הניסוי. האלקטרודות צריך להיות מוכנס לתוך השריר בעומק של 3 מ&quot;מ או פחות, תלוי בגודל של החיפושית (הימנעות ממגע עם שרירים באזור). אם אלקטרודות לגעת שרירים הסמוכים, פעולות מוטוריות רצויות והתנהגויות עלולות להתרחש בשל ההתכווצות של שרירים סמוכים. שני האלקטרודות צריכים להיות מתואמים היטב כדי לוודא ששום להתרחש קצר. כאשר נמסו reflowing שעוות דבורים באמצעות מלחם, את בניסויים יש להיזהר לרתך מהר ככל האפשר, שכן השריר ניתן שרוף על ידי מג...

מערכת היברידית של חרקים-מכונה, המכונה לעתים קרובות חרק סייבורגי או ביובוט, היא היתוך של פלטפורמת חרקים חיה עם מכשיר אלקטרוני מותקן מיניאטורי. המכשיר האלקטרוני, הנשלט באופן אלחוטי על ידי משתמש מרוחק, מוציא אות חשמלי כדי לעורר חשמלית אתרים עצביים-שריריים בחרק באמצעות אלקטרודות תיל מושתלות כדי לגרום לפעולות והתנהגויות מוטוריות רצויות של המשתמש. בשלבים המוקדמים של תחום מחקר זה, החוקרים הוגבלו לביצוע הקלטה אלחוטית של פעולת השרירים של חרק, תוך שימוש במעגלים אנלוגיים פשוטים המורכבים מרכיבים המותקנים על פני השטח1-3. הפיתוח של טכנולוגיית מערכת-על-שבב עם פונקציונליות של תדר רדיו איפשר לא רק הקלטה אלחוטית של אותות עצביים-שריריים אלא גם גירוי חשמלי של האתרים העצביים-שריריים בחרקים חיים. נכון לעכשיו, מיקרו-בקר רדיו מובנה קטן מספיק כדי להיות מותקן על חרקים חיים מבלי לגרום לחסימות כלשהן לתנועתם4-13.
הפיתוח של מיקרו-בקר הרדיו המובנה מאפשר לחוקרים לקבוע פרוטוקולי גירוי חשמלי כדי לגרום לפעולות מוטוריות רצויות כדי לשלוט בתנועה של החרק המבוקש. על הקרקע, חוקרים הדגימו שליטה בהליכה על ידי גירוי האתרים העצביים-שריריים של ג'וקים4,12,14, עכבישים15 וחיפושיות16,17. באוויר, התחלת והפסקת התעופה הושגו בשיטות שונות כגון גירוי האונות האופטיות (הצביר העצבי המסיבי של עין מורכבת) בחיפושיות7,9 ותת-אזורים במוח אצל דבורים18, בעוד ששליטה בסיבוב הודגמה על ידי גירוי שרירי האנטנות ומערכת העצבים של הבטן בעש11,19 ושרירי התעופה של חיפושיות7,9,13. ברוב המקרים, מיקרו-בקר רדיו מובנה שולב על לוח מעגלים מודפסים שתוכנן בהתאמה אישית כדי לייצר ממריץ אלחוטי זעיר (תרמיל), שהותקן על החרק המבוקש. זה מאפשר להפעיל גירוי חשמלי אלחוטי על חרק שהולך בחופשיות או מעופף. חרק כזה המותקן על מיקרו-בקר הוא מה שמכונה מערכת היברידית של חרקים-מכונה. 
מחקר זה מתאר את פרוטוקולי הניסוי לבניית מערכת היברידית בין חרקים למכונה, שבה חיפושית חיה משמשת כפלטפורמה לחרקים, ומנחה כיצד להפעיל את הרובוט ולבדוק את מערכות בקרת הטיסה שלו. שריר הסקלריט השלישי בבית השחי (3Ax) נבחר כשריר המעניין לגירוי חשמלי והדגמה של שליטה בפנייה שמאלה או ימינה13. זוג אלקטרודות חוט כסף דקות הושתלו בשרירי ה-3Ax השמאלי והימני. יתר על כן, תרמיל הותקן על החיפושית החיה. הקצוות האחרים של אלקטרודת החוט חוברו לפיני הפלט של המיקרו-בקר. התרמיל היה קטן מספיק כדי שהחיפושית תוכל לשאת בטיסה. לפיכך, זה מאפשר לניסוי לגרות מרחוק את שריר העניין של חרק במעוף חופשי ולחקור את תגובותיו לגירויים.

<table><tbody><tr><td>חיפושית Mecynorrhina torquata</td><td>ממלכת החיפושית טייוואן</td><td></td><td>10 גרם, 8 ס"מ, קיבולת העומס היא 30% ממסת הגוף אישור ייבוא ושימוש על ידי הרשות למזון חקלאי ווטרינרי של סינגפור (AVA; קוד HS: 01069000, קוד מוצר: ALV002).</td></tr><tr><td>ממריץ תרמיל אלחוטי</td><td>מותאם אישית</td><td></td><td>TI CC2431 micocontroler הלוח מיוצר בהתאמה אישית על בסיס לוח GINA מבית פרופ' כריס פיסטר s מעבדה. ניתן למצוא את הפריסה של לוח GINA בכתובת&nbsp; &nbsp; &nbsp; https://openwsn.atlassian.net/wiki/display/OW/GINA</td></tr><tr><td>שלט רחוק Wii</td><td>שלט רחוק של נינטנדו</td><td></td><td>בלוטות' כדי לשלוח את הפקודה למחשב הנייד של המפעיל</td></tr><tr><td>BeetleCommander v1.8</td><td>Custom. קבוצת מהארביז באוניברסיטת קליפורניה בברקלי וקבוצת סאטו ב-NTU</td><td></td><td>הקמת התקשורת האלחוטית של התרמיל והמחשב הנייד של המפעיל. הגדר את פרמטרי הגירוי ורשום את נתוני המיקום. הצג באופן חזותי את נתוני הטיסה.</td></tr><tr><td>תחנת בסיס GINA</td><td>קבוצת כריס פיסטר באוניברסיטת ברקלי</td><td></td><td>TI MSP430F2618 ו-AT86RF231</td></tr><tr><td>מערכת לכידת תנועה</td><td>VICON</td><td>T160</td><td>8 מצלמות לזירת טיסה של 12.5 מ' x 8 מ' x 4</td></tr><tr><td>מ' מערכת לכידת תנועה</td><td>VICON</td><td>T40s</td><td>12 מצלמות לזירת טיסה של 12.5 x 8 x 4 מ'</td></tr><tr><td>מיקרו סוללה</td><td>Fullriver</td><td>&nbsp; 201013HS10C&nbsp;</td><td>3.7 וולט, 10 מיליאמפר / שעה</td></tr><tr><td>סרט רפלקטיבי רטרו</td><td>רפלקסיט</td><td>V92-1549-010150</td><td>V92 סרט רפלקטיבי, צבע כסף</td></tr><tr><td>חוט כסף מבודד PFA&nbsp;</td><td>מערכות A-M</td><td>786000</td><td>127 ומיקרו; M חשוף, 177.8 ומיקרו; מצופה m, להבת כסף חשופה 3 מ"מ חשופה בקצוות</td></tr><tr><td>SMT Micro Header&nbsp;</td><td>SAMTEC</td><td>FTSH-110-01-L-DV</td><td>0.3 מ"מ x 6 מ"מ, מתכופף כדי ליצור מחוון באורך 3 מ"מ כדי לאבטח את האלקטרודה לתוך כותרת ה-PCB.</td></tr><tr><td>שעוות</td><td></td><td></td> דבורים <td>אבטח את האלקטרודות</td></tr><tr><td>קודקוד</td><td></td><td>שעווה דנטלית</td><td>לשתק את סיכת החרקים של החיפושית</td></tr><tr><td></td><td>ROBOZ</td><td>RS-6082-30</td><td>גודל&nbsp; 00; 0.3 מ"מ קוטר מוט; 0.03 מ"מ רוחב קצה; 38 מ"מ אורך&nbsp; צור חורים מנחים אלקטרודות על פינצטה לציפורניים</td></tr><tr><td></td><td>DUMONT</td><td>RS-5015</td><td>דפוס #5; .05 מ"מ x .01 מ"מ גודל קצה; 110 מ"מ אורך מספריים לניתוח והשתלה</td></tr><tr><td></td><td>ROBOZ</td><td>RS-5620</td><td>Vannas מספריים קפיציים לניתוח; ישר; קצה חיתוך 3 מ"מ; רוחב קצה 0.1 מ"מ; אורך כולל של 3 אינץ'&nbsp; ניתוח והשתלה</td></tr><tr><td>ברזל הלחמה לשתייה</td><td>DAIYO</td><td>DS241</td><td>Reflow שעוות דבורים</td></tr><tr><td>פלטה חמה&nbsp;</td><td>CORNING</td><td>PC-400D</td><td>שעוות דבורים נמסה ושעווה דנטלית</td></tr><tr><td>מנורת פלורסנט</td><td>פיליפס</td><td>TL5 14W</td><td>האירו את כל זירת הטיסה עם 30 לוחות (60 x 60 ס"מ2). בכל פאנל 3 מנורות. 14 W, 549 מ"מ x 17 מ"מ&nbsp;</td></tr></tbody></table>

מערכת היברידית חרקים-מכונה: רדיו שליטה מרחוק של חיפושית עפה חופשי (<em&gt; mercynorrhina torquata</em&gt;)

Insect-machine Hybrid System: Remote Radio Control of a Freely Flying Beetle (Mercynorrhina torquata)

עלייתו של מכשירים אלקטרוניים דיגיטליים מאופשרת רדיו עוררה את השימוש מקליט לגירוי תוקפת אלחוטיים קטנים ללימוד התנהגות חרקים בזמן הטיסה. טכנולוגיה זו מאפשרת בניית מערכת היברידית חרק-אוטומטית באמצעות פלטפורמת חרק חייה המתוארת בפרוטוקול זה. יתר על כן, פרוטוקול זה מציג את תצורת מערכת פרוצדורות טיסה חינם להערכת התפקוד של שרירי התעופה ב חרק ומשוחרר. להדגמה, אנו ממוקדים sclerite השחי השלישיים (3Ax) השרירים לשלוט ולהשיג מפנה שמאלה או ימינה של חיפושית עפה. אלקטרודה חוט כסף דקה הושתלה על שריר 3Ax בכל צד של החיפושית. אלה חוברו התפוקות של תרמיל אלחוטי (כלומר, ממריץ חשמל תוקפת) רכוב על pronotum של החיפושית. השריר היה מגורה בטיסה חינם לסירוגין בצד גירוי (ימין או שמאל) או גיוון stimulatioתדירות n. החיפושית פנתה אל צד ipsilateral כאשר השריר היה מגורה והציג תגובה מדורגת אל בתדירות הולכת וגוברת. תהליך ההשתלה וכיול נפח של 3 מערכת המצלמה ללכוד תנועה ממדי צריך להתבצע בזהירות כדי למנוע נזק לשריר לאבד המסלול של הסמן, בהתאמה. שיטה זו היא מאוד מועילה ללמוד טיסת חרקים, כפי שהוא מסייע לחשוף את הפונקציות של שריר הטיסה של עניין טיסה חינם.

הליך השתלת אלקטרודה מוצג באיור 2 אלקטרודות חוט כסף דק הושתלו לתוך שריר 3Ax של החיפושית דרך חורים קטנים פירסינג על לציפורן הרכה על שריר (איורי 2 ד - ה).. לציפורן רך זה נמצא בדיוק מעל apodema של שריר basalar לאחר הסרת החלק הקדמי של metepisternum (איורים 2 ד - ג). האלקטרודות הובטחו מכן באמצעות שעוות דבורים (איור 2F). <p class="jove_content" fo:kee...

פרוטוקול זה מתאר את התהליך של בניית מערכת היברידית בין חרקים למכונה וביצוע גירוי חשמלי אלחוטי של שרירי התעופה הנדרשים כדי לשלוט בתנועת הסיבוב של חרק מעופף.

מערכת היברידית חרקים-מכונה: רדיו שליטה מרחוק של חיפושית עפה חופשי (<em&gt; Mercynorrhina torquata</em&gt;)

The rise of radio-enabled digital electronic devices has prompted the use of small wireless neuromuscular recorders and stimulators for studying in-flight ...

סרטון זה מתאר את התהליך של בניית מערכת היברידית של חרק-מכונה לצורך גרייה חשמלית אלחוטית של שרירי התעופה בחרק המעופף באופן חופשי. שיטה זו יכולה לסייע במתן תשובה לשאלות מפתח בתחום מחקר החרקים, כגון תפקודם של שרירי התעופה של החרק במהלך התעופה. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא היכולת לבחון את ההשפעה של הפעלת שרירי תעופה ספציפיים על התעופה של שלושה סוגי חרקים שונים באמצעות מעורר מרחוק זעיר.באמצעות שיטה זו, הרחבנו את הבנתנו לגבי תפקוד שרירי התעופה בחיפושיות. ניתן ליישם אותה גם על חרקים אחרים או על קבוצות שרירים אחרות, כגון אלו שבנתונים או במחושים. לתחילת הדברים, יש לבחון את יכולת התעופה של החיפושיות כדי לזהות את הפרטים המתאימים לניסוי.בחרו חיפושית והשליכו אותה בעדינות באוויר בתוך חדר גדול וסגור. כדי לתפוס שוב את החיפושית, פשוט החשיכו את החדר, דבר שיגרום לה להפסיק לעוף. אם החיפושית עפה במשך יותר מ-10 שניות בחמישה ניסיונות רצופים, ניתן להשתמש בה עבור הניסוי.ראשית, הרדמו את החיפושית באמצעות תא פחמן דו-חמצני. השאירו אותה שם למשך דקה. לאחר מכן, רככו מעט שעווה דנטלית במים חמים למשך 10 שניות.לאחר מכן, הניחו את החיפס המורדם על גבי בלוק עץ, וקבעו אותו באמצעות השעווה. בשלב הבא, חתכו חוט כסף מבודד לאורכים של 25 מילימטר כדי שישמש כאלקטרודות. בשני הקצוות, חשפו שלושה מילימטרים של חוט כסף חשוף באמצעות לה

insect-machine-hybrid-system-remote-radio-control-freely-flying

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

אנו מציגים הליך כירורגי חדשני להשתלת אלקטרודות במנדוקה סקסטה בשלבי המטמורפוזה המוקדמים שלה. טכניקה זו מאפשרת צימוד יציב מכנית ואמין חשמלית עם הרקמה העצבית-שרירית כדי לחקור את הדינמיקה של נוירופיזיולוגיה של טיסה. אנו מציגים גם פלטפורמת ריחוף מגנטית חדשה למחקרים קשורים של פיהוק חרקים.

מותמרים החדרת טכנולוגיה מוקדמת לניטור התנהגות החרקים טיסה

הצענו מערכת שמשתמשת בחיישנים זולים, לא פולשנית פסאודו אקוסטי אופטיים באופן אוטומטי ומדויק לאתר, לספור, ולסווג את חרקים מעופפים המבוססים על קול הטיסה שלהם.

טיסה חרקים באיתור ובסיווג עם חיישנים זולים

מעוף בחרקים מושפע ממספר גורמים והנטייה להתפזר היא משתנה חשוב בהבנת אקולוגיה של חרקים ואסטרטגיות הדברה ביולוגיות. אנו מתארים בנייה ושימוש בטחנת טיסה פשוטה, זולה יחסית וגמישה למדידת פרמטרים של תעופה קשורה בחרקים.

טיסת מיל פשוט לחקר Tethered הטיסה בחרקים

היכולת למקם מקור ריח היא הכרחית להישרדות חרק והוא צפויה לחול על מעקב ריח מלאכותי. הרובוט שבשליטת החרקים מונע על ידי silkmoth בפועל ומאפשר לנו להעריך את יכולת מעקב הריח של חרקים באמצעות פלטפורמה רובוטית.

חרקים שבשליטת רובוט: פלטפורמת רובוט נייד על מנת להעריך את יכולת ריח המעקב של חרק

כאן, אנו מציגים פרוטוקולים לגידול חיפושית ביניים-נבט, Dermestes maculatus (ד maculatus) במעבדה. בנוסף, אנחנו משתפים פרוטוקולי RNAi ושיטות עובריים וההורי לניתוח פנוטיפים עובריים ללמוד לתפקד גני מין זה.

התרומם על רגליו אחורי פעמים תקועות מציאת גן בתיווך רנ"א סתר החיפושית, Dermestes maculatus

אנו פיתח טחנה טיסה בעלות נמוכה וקטן, נבנה עם פריטים זמינים בדרך כלל, בשימוש בקלות ניסויים. באמצעות מערכת זו, מדדנו את יכולת הטיסה חיפושית אמברוזיה, ברווזן quercivorus.

מדידת היכולת טיסה של החיפושית אמברוזיה, ברווזן Quercivorus (Murayama), באמצעות בעלות נמוכה, קטנה, טיסה מתוכננת בקלות מיל

מדידה של התגלות החרקים דפוסי דורש דיוק. מערכות קיימות הם רק חצי אוטומטיות וגודל דוגמה הוא מוגבל. אנחנו פתרנו בעיות אלה על-ידי עיצוב מערכת באמצעות בקרים למדוד בדיוק בזמן הופעתה של מספרים גדולים של חרקים המתעוררים.

מערכת אוטונומית ומדויק עבור זיהוי דפוסי התגלות החרקים

טחנות טיסה הן כלים חשובים להשוואת האופן שבו הגיל, המין, מצב ההזדווגות, הטמפרטורה או גורמים אחרים שונים עלולים להשפיע על התנהגות הטיסהשל החרק. כאן אנו מתארים פרוטוקולים לקשור ולמדוד את הנטייה הטיסה ואת הביצועים של התולעת תירס המערבי בטיפולים שונים.

באמצעות מילס טיסה למדוד הנטייה טיסה וביצועים של תירס המערבי Rootworm, דיאברופטיקה וירג (למספר)

אנו מספקים פרוטוקול מפורט לגידול, microinjection של ביצים עבור הזדווגות יעילה של האש Thermobia domestica כדי ליצור ולתחזק זנים מוטנטים לאחר עריכת הגנום.

מיקרו-ג'יג'יטציה של ביצים והזדווגות יעילה לעריכת גנום בבית הכבאות תרמוביה

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.

בניית טחנת טיסה משופרת לחקר טיסת חרקים קשורים

מחקר זה מציג פרוטוקולים ניסיוניים עבור מזל"ט גילוי ריח ביו-היברידי המבוסס על אנטנות משי. הפעלת מכשיר אלקטרואנטנוגרם ניסיוני עם אנטנות משי מוצגת, בנוסף למבנה של מזל"ט ביו-היברידי המיועד לוקליזציה של מקור ריח באמצעות אלגוריתם נחשול הספירלה.

רחפן גילוי ריח ביו-היברידי מבוסס אלקטרואנטנוגרפיה באמצעות אנטנות Silkmoth עבור לוקליזציה של מקור ריח

למדו כיצד לבנות מערכת היברידית חרקים-מכונה לגירוי אלחוטי של שרירי תעופה בחיפושית Mercynorrhina torquata. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקור את תפקוד שרירי התעופה ואת תפקידם בדינמיקת הטיסה.

מערכת היברידית חרקים-מכונה: רדיו שליטה מרחוק של חיפושית עפה חופשי (

גלה סרטונים נוספים