Bağlı Böcek Uçuşunun Çalışması İçin Gelişmiş Bir Uçuş Değirmeni İnşa Etmek

Özet

Bu protokol, daha esnek bir uçuş değirmeni tasarımı oluşturmak için makerspace'lerde bulunan üç boyutlu (3D) yazıcıları ve lazer kesicileri kullanır. Araştırmacılar bu teknolojiyi kullanarak maliyetleri azaltabilir, tasarım esnekliğini artırabilir ve bağlı böcek uçuş çalışmaları için uçuş değirmenlerini inşa ederken tekrarlanabilir işler üretebilirler.

Özet

Makerspaces, araştırmacıların ekolojik araştırmalarda yeni teknikler geliştirmelerini ve yeni türlerle çalışmalarını sağlama potansiyeli yüksektir. Bu protokol, nispeten düşük bir maliyetle daha çok yönlü bir uçuş değirmeni oluşturmak için makerspaces'te bulunan teknolojiden nasıl yararlanılacağını göstermektedir. Bu çalışmanın prototipini son on yılda inşa edilen uçuş fabrikalarından çıkardığı göz önüne alındığında, bu protokol daha çok basit, modern uçuş değirmeninden yapılan ayrışmaların ana hatlarını belirlemeye odaklanmaktadır. Önceki çalışmalar, uçuş değirmenlerinin hız, mesafe veya periyodiklik gibi uçuş parametrelerini ölçmek için ne kadar avantajlı olduğunu göstermiştir. Bu tür değirmenler, araştırmacıların bu parametreleri morfolojik, fizyolojik veya genetik faktörlerle ilişkilendirmelerine izin vermektedir. Bu avantajlara ek olarak, bu çalışma, daha esnek, sağlam ve katlanabilir bir uçuş değirmeni tasarımı oluşturmak için teknolojiyi 3D yazıcılar ve lazer kesiciler gibi makerspace'lerde kullanmanın faydalarını ele alıyor. En önemlisi, bu tasarımın 3D baskılı bileşenleri, kullanıcının değirmen kolunun ve kızılötesi (IR) sensörlerin yüksekliklerini ayarlanabilir hale getirerek çeşitli boyutlardaki böcekleri test etmesine izin verir. 3D baskılar ayrıca kullanıcının hızlı depolama veya alana taşıma için makineyi kolayca sökmesini sağlar. Ayrıca, bu çalışma, böcekleri minimum stresle birbirine bağlamak için mıknatısların ve manyetik boyanın daha fazla kullanılmasını sağlar. Son olarak, bu protokol, tek bir kayıt içinde farklılaşabilen uçuş denemelerini verimli bir şekilde ayıran ve analiz eden bilgisayar komut dosyaları aracılığıyla uçuş verilerinin çok yönlü bir analizini detaylandırıyor. Daha yoğun emek sarf etse de, makerspace'lerde ve çevrimiçi 3D modelleme programlarında mevcut araçları uygulamak multidisipliner ve süreç odaklı uygulamaları kolaylaştırır ve araştırmacıların dar ayarlanabilir boyutlara sahip maliyetli, önceden hazırlanmış ürünlerden kaçınmasına yardımcı olur. Bu protokol, makerspace'lerde teknolojinin esnekliğinden ve tekrarlanabilirliğinden yararlanarak yaratıcı uçuş değirmeni tasarımını teşvik eder ve açık bilime ilham verir.

Giriş

Böceklerin dağılımının sahada ne kadar zor olduğu göz önüne alındığında, uçuş değirmeni önemli bir ekolojik fenomeni ele almak için ortak bir laboratuvar aracı haline gelmiştir - böceklerin nasıl hareket ettiği. Sonuç olarak, uçuş^{değirmeni 1,2,3,4'ün} öncüleri 60 yıllık uçuş değirmeni tasarımı ve yapımından bu yana, teknolojiler geliştikçe ve bilimsel topluluklara daha entegre hale geldikçe gözle görülür tasarım kaymaları olmuştur. Zamanla, otomatik veri toplama yazılımı grafik kayıtörlerinin yerini aldı ve uçuş değirmeni kolları cam çubuklardan karbon çubuklara ve çelik borulara geçti^5. Sadece son on yılda, manyetik rulmanlar Teflon veya cam rulmanların yerini en uygun şekilde sürtünmesiz olarak aldı ve uçuş değirmeni makineleri ile çok yönlü teknoloji arasındaki çiftler, ses, görsel ve katman imalat teknolojisi araştırmacıların iş akışlarına giderek daha fazla entegre oldukça çoğalıyor. Bu eşleştirmeler, kanat aerodinamik^6'yıölçmek için yüksek hızlı video kameralar, işitsel uçuş yanıtlarını incelemek için duyusal ipuçlarını taklit etmek için dijitalden analoga panolar⁷ve uçuş⁸sırasında kanat deformasyonunu izlemek için bir kalibrasyon makinesi yapmak için 3D baskı içerir. Makerspaces'te, özellikle de bilgili personel tarafından işletilen dijital medya merkezlerine sahip kurumlarda ortaya çıkan teknolojilerin son zamanlarda artmasıyla⁹, daha geniş bir böcek yelpazesini test etmek ve cihazı sahaya taşımak için uçuş değirmenini geliştirmek için daha büyük olasılıklar vardır. Ayrıca, araştırmacıların üretim tabanlı çalışma 9 , 10 , 11^,12ile disiplin sınırlarını aşmaları ve teknik öğrenmeyi hızlandırmaları için yüksek bir potansiyel vardır. Burada sunulan uçuş değirmeni (Attisano ve meslektaşları^13'tenuyarlanmıştır) makerspaces'te bulunan gelişmekte olan teknolojilerden yararlanarak sadece 1'e değil, aynı zamanda ölçekleri ve boyutları eldeki projeye ince ayarlı uçuş değirmeni bileşenleri oluşturmaktan da yararlanır) araştırmacılara yüksek bütçeli veya bilgisayar destekli tasarım (CAD) konusunda herhangi bir özel bilgi talep etmeden lazer kesim ve 3D baskıda erişilebilir bir protokol sunar.

Yeni teknolojileri ve yöntemleri uçuş değirmeni ile bire bağlamanın yararları önemlidir, ancak uçuş değirmenleri de değerli bağımsız makinelerdir. Uçuş değirmenleri böcek uçuş performansını ölçer ve uçuş hızının, mesafesinin veya periyodikliğinin sıcaklık, bağıl nem, mevsim, konak bitki, vücut kütlesi, morfolojik özellikler, yaş ve üreme aktivitesi gibi çevresel veya ekolojik faktörlerle nasıl ilişkili olduğunu belirlemek için kullanılır. Aktograflar, koşu bantları ve rüzgar tünellerinde ve kapalı arenalarda uçuş hareketinin video kaydı gibi alternatif yöntemlerden farklı olarak¹⁴, uçuş değirmeni laboratuvar koşullarında çeşitli uçuş performansı istatistiklerini toplama yeteneği ile dikkat çekiyor. Bu, ekologların uçuş dağılımıyla ilgili önemli soruları ele almalarına yardımcı olur ve disiplinlerinde ilerlemelerine yardımcı olur - entegre haşere yönetimi^15,16,17, nüfus dinamikleri, genetik, biyogeografi, yaşam öyküsü stratejileri¹⁸veya fenotipik plastisite^19,20^,21,22 . Öte yandan, yüksek hızlı kameralar ve aktograflar gibi cihazlar sıkı, karmaşık ve pahalı bir kurulum gerektirebilir, ancak kanat çırpma frekansları ve böcek fotofaz aktivitesi^23,24gibi daha ince ayarlı hareket parametrelerine de yol açabilir. Bu nedenle, burada sunulan uçuş değirmeni, araştırmacıların uçuş davranışını araştırması için esnek, uygun fiyatlı ve özelleştirilebilir bir seçenek olarak hizmet vermektedir.

Aynı şekilde, gelişmekte olan teknolojileri ekologların iş akışına entegre etme teşviki, dağılım çalışmalarına yönelik sorular ve yaklaşımlar daha yaratıcı ve karmaşık hale geldikçe artmaya devam ediyor. İnovasyonu teşvik eden konumlar olarak, makerspaces birden fazla uzmanlık seviyesine sahiptir ve her yaştan kullanıcının yeni teknik beceriler kazanması için düşük bir öğrenme eğrisi sunar^10,12. Bilimsel cihazları makerspace'de ve çevrimiçi açık kaynaklar aracılığıyla prototiplemenin yinelemeli ve işbirlikçi doğası, teori^11'in uygulanmasını hızlandırabilir ve ekolojik bilimlerde ürün geliştirmeyi kolaylaştırabilir. Ayrıca, bilimsel araçların tekrarlanabilirliğini artırmak, daha geniş veri toplamayı ve açık bilimi teşvik edecektir. Bu, araştırmacıların dağınıklık ölçümü için ekipmanı veya yöntemleri standartlaştırmaya yardımcı olabilir. Standartlaştırma araçları, ekologların dispersiyon çekirdekleri²⁵ veya kaynak-lavabo kolonizasyon dinamiklerinden^26'dangelişen metapopülasyon modellerini test etmek için popülasyonlar arasında dağılım verilerini birleştirmelerine daha fazla izin verebilir. Tıp camiasının hasta bakımı ve anatomi eğitimi için 3D baskıyı nasıl benimsediği gibi²⁷, ekologlar ekolojik araçları ve eğitimi yeniden tasarlamak için lazer kesiciler ve 3D yazıcılar kullanabilir ve bu çalışma kapsamında iniş platformları veya dikey hareket edebilen bir uçuş değirmeni kolu gibi ek uçuş değirmeni bileşenleri tasarlayabilir. Buna karşılık, makerspace teknolojisinin sunduğu özelleştirme, maliyet etkinliği ve artan verimlilik, kendi araçlarını ve cihazlarını geliştirmek isteyen araştırmacılar için nispeten düşük bir bariyerle dağıtım projelerinin başlatılmasına yardımcı olabilir.

Bu uçuş değirmenini inşa etmek için, üretici tarafından düşünülebilecek mekanik ve enstrümantal sınırlamalar da vardır. Mıknatıslar ve 3D baskılı geliştirmeler, uçuş değirmeninin çapraz braketlerin inşası dışında esasen tutkalsız olmasını ve farklı boyutlardaki böceklere eşlik etmesini sağlar. Bununla birlikte, böceklerin kütlesi ve gücü arttıkça, böceklerin bağlıyken kendilerini sökme olasılığı daha yüksektir. Güçlü mıknatıslar artan burulma sürüklemesi pahasına kullanılabilir veya bilyalı rulmanlar, birkaç gram ağırlığındaki uçuş testi böcekleri için sağlam bir çözüm olarak manyetik rulmanların yerini alabilir^28,29. Bununla birlikte, bilyalı rulmanlar da bazı sorunlara neden olabilir, esas olarak yüksek hızlarda ve yüksek sıcaklıklarda uzun süreli deneyler çalıştırmak, sürtünmeyi artıran bilyalı rulmanların yağlamasını bozabilir³⁰. Böylece, kullanıcılar hangi uçuş değirmeni mekaniğinin çalışma ve deneysel tasarım böceklerine en uygun olacağını ayırt etmek zorunda kalacaktır.

Benzer şekilde, bu makalenin dikkate alınmayan bir uçuş değirmeni enstrümantetmenin birkaç yolu vardır. Burada sunulan uçuş değirmeni, devrimleri algılamak için IR sensörlerini, devrimleri kaydetmek için WinDAQ yazılımını ve ham verileri işlemek için komut dosyalarını programlamayı kullanır. Kullanımı kolay olmasına rağmen, WinDAQ yazılımı sınırlı sayıda alete sahiptir. Kullanıcılar ilgili kanallarına yorum ekleyemez ve devrenin herhangi bir bileşeni başarısız olursa uyarılamazlar. Bu durumlar, kod aracılığıyla algılanıp düzeltildikten sonra, ancak veri toplama işleminden sonra çözülür. Alternatif olarak, kullanıcılar özelleştirilebilir veri toplama özellikleri sunan birden fazla yazılım benimseyebilir²⁸ veya bisiklet milometreleri²⁹gibi doğrudan hız ve mesafe istatistikleri alan sensörler . Ancak, bu alternatifler çok fazla yazılım uygulamasında değerli ham verileri atlayabilir veya işlevselliği dağıtabilir, bu da veri işlemeyi verimsiz hale getirebilir. Sonuç olarak, bu protokol uçuş değirmeni enstrümantasyonunu yeniden havalandırmak yerine, günümüz yazılım sınırlamalarına sağlam programlama çözümleri sunar.

Bu makalede, araştırmacılara dağılım çalışmalarında yardımcı olmak ve gelişmekte olan teknolojilerin davranışsal ekoloji alanına dahil olmasını teşvik etmek için gelişmiş basit bir uçuş değirmeni için bir tasarım açıklanmıştır. Bu uçuş değirmeni bir inkübatörün kısıtlamalarına uyar, aynı anda sekiz böcek tutar ve veri toplama ve işlemeyi otomatikleştirir. Özellikle, 3D baskılı geliştirmeleri, kullanıcının çeşitli boyutlardaki böcekleri test etmek ve cihazı hızlı depolama veya taşıma için sökmek için freze kolunu ve IR sensör yüksekliklerini ayarlamasını sağlar. Ortak bir makerspace'e kurumsal erişim sayesinde, tüm geliştirmeler ücretsizdi ve basit, modern uçuş değirmenine kıyasla ek maliyet tahakkuk ettirilmedi. Gerekli tüm yazılımlar ücretsizdir, elektronik devre basittir ve tüm komut dosyaları deneysel tasarımın özel ihtiyaçlarını takip edecek şekilde değiştirilebilir. Ayrıca, kodlanmış tanılama, kullanıcının kayıtlarının bütünlüğünü ve hassasiyetini kontrol etmesine izin verir. Son olarak, bu protokol, böcekleri değirmen koluna manyetik olarak boyayarak ve bağlayarak bir böceğin sürdürdüğü stresi en aza indirir. Basit uçuş değirmeninin montajının zaten erişilebilir, uygun fiyatlı ve esnek olmasıyla, basit uçuş değirmenini geliştirmek için makerspace teknolojilerinin kullanılması, araştırmacılara kendi özel uçuş çalışması ihtiyaçlarının üstesinden gelmeleri için alan sağlayabilir ve bu makalenin dikkate alınmazlarının ötesinde yaratıcı uçuş değirmeni tasarımlarına ilham verebilir.

Protokol

1. Uçuş Değirmenini Makerspace'te İnşa Edin

1. Akrilik plastik destek yapısını lazerle kesip monte edin.
   1. Akrilik plastik destek yapısını oluşturmak için 8 (304,8 mm x 609,6 mm x 3,175 mm) kalınlığında şeffaf akrilik levha kullanın. Malzemenin akrilik gibi görünen ancak lazer altında kesilmek yerine eriyecek polikarbonat olmadığından emin olun.
   2. Lazer kesiciyi makerspace'te bulun. Bu protokol, makerspace'in Malzeme Tablosundabelirtildiği gibi bir lazer kesiciye sahip olduğunu varsayar. Diğer lazer kesiciler için, dosya çizgilerini lazerle kesilecek veya kazınacak (rasterleştirilecek değil) ayarlamak için hangi çizgi renginin veya kalınlığının gerekli olduğunu belirlemek için lazer kesici ayarlarını okuyun.
   3. Adobe Illustrator, Inkscape (ücretsiz) veya başka bir vektör grafik düzenleyicisi açın. Akrilik destek tasarımını şekil 1'degösterilen yukarıda belirtilen satırlarla vektör biçiminde okuyan bir dosya hazırlayın. Adobe Illustrator'da Kırmızı, Yeşil ve Mavi (RGB) modunda, RGB Kırmızı 'nın (255, 0, 0) çizgileri kestiği ve RGB Mavisi'nin (0, 0, 255) çizgileri kestiği 0,0001 noktalı çizgi vuruşuyla dosya satırları oluşturun.
   4. Önlem olarak, tüm yarık ve delik ölçümleri için kerf'i test edin ve hesaba katın. Kerf tuşunu tasarlayın ve test ettinin (Ek Şekil 1).
      NOT: Kerf genişliği lazer kesicinin ışın genişliğine, malzemenin genişliğine ve kullanılan malzeme tipine bağlı olarak değişebilir.
   5. Akrilik destek tasarımlarını ve kerf anahtarını .ai, .dxf veya .svg dosyaları gibi okunabilir dosya türleri olarak kaydedin. İşi lazer kesiciye göndermek için, dosyayı lazer kesicinin yerel makinesine yazdırın ve ardından lazer yazılımını açın.
      NOT: Doğru yazdırılırsa, tasarımdaki tüm vektör kesme çizgileri lazer yazılımının kontrol panelinde uygun karşılık gelen renklerle görünecektir.
   6. Malzemeyi Plastik, malzeme türünü akrilikolarak seçin. Ekstra hassasiyet için malzeme kalınlığını bir kaliper ile ölçün ve kalınlığını malzeme kalınlığı alanına girin. Malzemenin odak noktasının Z eksenini otomatik olarak etkinleştirin. Şekil Türünü Yok olarak ayarlayın ve Yoğunluğu %0olarak bırakın. Lazer kesicideki lazer % Güç veya % Hız gibi gelişmiş ölçümleri değiştirmek için kerf tuşuyla test edin.
      NOT: Genel kural, malzeme ne kadar kalın olursa, daha düşük hızda o kadar fazla güç gerekir.
   7. Kesmeden önce, makerspace'in lazer kesiciyi güçlendirme, kullanma ve koruma yönergelerine uyun. Malzemeleri yazıcı boşluğuna yerleştirin ve akrilik destekleri kesin.
      NOT: Olası göz hasarını önlemek için lazere bakmayın veya keserken herhangi bir akrilik tabakayı başıboş bırakmayın.
   8. Fazla malzemeyi yazıcı boşluğundan temizleyin ve destek yapısını birleştirin. Şekil 2A'daetiketlendiği gibi her ufuk rafını dış dikey duvarların ve merkezi dikey duvarın açık yarıklarına yerleştirerek monte edin. Yatay raflar arasındaki deliklerin hizalı olduğundan emin olun.
2. Plastik destekleri 3D baskı.
   1. Bir web tarayıcısı açın ve çevrimiçi bir 3B modelleme programında bir hesap oluşturun. Ücretsiz hesap seçeneği için Malzeme Tablosu'na bakın.
   2. Yeni bir tasarım oluşturmak > 3D Tasarımlar'a tıklayın. Şekil 3'te görüldüğü gibi bu çalışmanın tam 3D baskılı tasarımlarını çoğaltmak için arşiv 3D_Prints.zip indirin (Ek 3D Baskılar) ve klasörü masaüstüne taşıyın. Klasörün fermini açın ve açın. Çevrimiçi 3B modelleme programı çalışma planı web sayfasında, sağ üst köşedeki İçe Aktar'a tıklayın ve .stl dosya(lar)ıseçin.
      NOT: Birden çok tasarım çoğaltması veya nesne iş planını doldurabilir ve kullanıcı 3D yazıcının yapı alanının sınırları içindeki nesneleri kısıtladığı sürece tek bir .stl dosyası olarak kaydedilebilir. 3D yazıcının yazdırabileceği en büyük nesne 140 mm uzunluk x 140 mm genişlik x 140 mm derinliktir. Ancak, bir yapı alanındaki nesne sayısını en üst düzeye çıkarmak için nesneleri z ekseni boyunca döndürmeyin. Bunun nedeni, indirilen nesnelerin çıkıntıları en aza indirmek için konumlandırılmış olması ve böylece gerekli en az destekle en iyi şekilde yazdırılabilmeleridir.
   3. Tasarımları kendi kendine oluşturmak veya ayarlamalar yapmak için web sitesinin öğreticilerini izleyin, düzenlemeler yapın ve ardından yeni tasarımları .stl dosyaları olarak dışa aktarın. Toplamda, 8 lineer kılavuz ray (100,05 mm uzunluk x 23,50 mm genişlik x 7,00 mm derinlik), 16 lineer kılavuz ray bloğu (22,08 mm uzunluk x 11,47 mm genişlik x 12,47 mm derinlik), 12 ila 20 vida (9,00 mm uzunluk x 7,60 mm genişlik x 13,00 mm derinlik), 15 çapraz braket (50,00 mm uzunluk x 50,00 mm genişlik x 20,00 mm derinlik), 16 mıknatıs tutucu (12,75 mm uzunluk x 12,50 mm genişlik x 15,75 mm derinlik), 16 tüp desteği (29,22 mm uzunluk x 29,19 mm genişlik x 11,00 mm derinlik), 16 kısa lineer kılavuz ray desteği (40,00 mm uzunluk x 11,00 mm genişlik x 13,00 mm derinlik) ve 16 uzun lineer kılavuz ray desteği (40,00 mm uzunluk x 16,00 mm genişlik x 13,00 mm derinlik) 3D baskılı olmalıdır. Her doğrusal kılavuz rayı tasarımının aynasını elde etmek için nesneyi tıklatın, Mtuşuna basın ve nesnenin genişliğine karşılık gelen oku seçin.
      NOT: Bkz. adım 1.3.6. doğrusal kılavuz ray mandalları hakkında daha fazla bilgi için.
   4. .stl dosyalarını okunabilir bir 3D yazıcı .gx dosyasına dönüştürmek için bir 3D yazdırma dilimleme yazılımı indirip yükleyin. Ücretsiz yazılım programını indirmek için Malzeme Tablosu'na bakın.
      NOT: Diğer dönüştürme yazılımı programları kabul edilebilir, ancak bu protokol makerspace'in Malzeme Tablosu'nda belirtildiği gibi 3D yazıcı ve baskı dilimleme yazılımını kullandığını varsayar.
   5. Yazılımı başlatmak için 3D yazdırma dilimleme yazılımının simgesini çift tıklatın. Makine Türü > Yazdır'ı tıklatın ve makerspace'te bulunan 3D yazıcıyı seçin.
   6. .stl model dosyasını yüklemek ve nesneyi yapı alanında görüntülemek için Yükle simgesini tıklatın.
   7. Nesneyi seçin ve Taşı simgesini çift tıklatın. Modelin platformda olduğundan emin olmak için Platformda'yı tıklatın. Nesneyi yapı alanının ortasına yerleştirmek için Ortala'yı tıklatın veya nesneyi yapı alanına konumlandırmak için fare işaretçisiyle birlikte sürükleyin.
   8. Yazdır simgesine tıklayın. Malzeme Tipinin PLAolarak ayarlı olduğundan, desteklerin ve salın etkinleştirildiğinden, Çözünürlük Standartolarak ayarlandığından ve ekstrüderin sıcaklığının 3D yazıcı kılavuzunun önerdiği sıcaklıkla eşleştiğinden emin olun. Sıcaklık, Sıcaklık >> Diğer Seçenekler içinde değiştirilebilir.
   9. Tamam'a basın ve dosya bir USB kablosuyla 3D yazıcıya aktarılamıyorsa, .gx dosyasını 3D_Prints klasörüne veya bir USB çubuğuna kaydedin.
   10. Makerspace'in 3D baskı makinesini bulun. Ekstrüderi kalibre edin ve yazdırma için yeterli filament olduğundan emin olun. .gx dosyasını 3D yazıcıya aktarın ve her türlü plastik destek ve geliştirmeyi yazdırın. Her baskı için filamentin plakaya düzgün yapıştıktan emin olun.
3. 3D baskıları akrilik destek yapısına monte edin.
   1. Tüm destekleri yerinde görselleştirmek için bkz.
   2. 3.175 mm kalınlığındaki neopren levhaları çapraz braketin iç duvarlarına sıcak yapıştırın. Kuruduğunda, uçuş değirmenini stabilize etmek için akrilik rafların kavşaklarına ve cihazın arkasına duvarlara çapraz braketleri yerleştirin.
   3. Mümkün olan her yerde, demir vidaların manyetik etkisini en aza indirmek için 3D baskılı vidalar kullanın. Tüpteki vida, her hücrenin altına ve üstüne destek destekler. Üst ve alt tüp desteklerinin hizalı olduğundan emin olun.
   4. Üst boru desteğine 30 mm uzunluğunda plastik boru (iç çap (ID) 9.525 mm; dış çap (OD) 12.7 mm) ve 15 mm uzunluğunda plastik boru (ID 9.525 mm) yerleştirin; OD 12.7 mm) her hücrenin alt tüp desteğine. Ardından, 40 mm uzunluğunda bir plastik tüp takın (ID 6.35 mm; Üst boruya 9.525 mm OD ve 20 mm uzunluğunda plastik boruya (ID 6.35 mm); OD 9.525 mm) alt tüpe. Tüpler arasında tüpleri yerinde tutacak kadar güçlü sürtünme olduğundan emin olun, ancak iç tüpün çekildiğinde hala yukarı ve aşağı kayabileceği çok fazla değil. Tüpler çarpıtılmışsa, tüplerin parçalarını kaynar suya 1 dakika batırın. Tüpleri bir havlu üzerinde düzleştirin, oda sıcaklığına ulaşmalarını ve ardından tüpleri yerleştirmelerini sağlar.
   5. İki düşük sürtünmeli neodimyum mıknatısı (10 mm çapında; 4 mm uzunluk; 2,22 kg tutma kuvveti) her mıknatıs desteğine yerleştirin. Her mıknatıs çiftinin birbirini ittmesini sağlayın. Daha sonra, mıknatıslara ve mıknatıs desteğine hareket eden yerçekiminin iç tüpten desteği yerinden çıkaracak kadar güçlü olmaması için her mıknatıs desteğine sıkıca bir iç tüp takın.
   6. Aynı yöne bakan iki lineer kılavuz ray bloğu doğrusal kılavuz rayın içine kaydırın. Doğrusal kılavuz rayları ve blokları dış dikey duvarlardaki pencerelere dik bir şekilde yer edin. Blok açıklıklarının yukarı doğru dönük olduğundan emin olun. Bir lineer kılavuz rayın yerinde sabitlensin diye iki kısa lineer kılavuz ray desteği, iki uzun lineer kılavuz ray desteği, dört adet 10 mm uzunluğunda demir vida (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çapında), iki adet 20 mm uzunluğunda demir vida (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çapında) ve iki altıgen somun (M5; 0,8 diş aralığı; 5 mm çap) kullanın. Şekil 2C doğrusal kılavuz rayın tam montajını göstermektedir.
      NOT: Lineer kılavuz rayındaki açık yuvalar, yalnızca lineer kılavuz ray bloğunun tekrar tekrar kaymasıyla aşınırsa kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Öyleyse, 3D 3D_Prints klasöründe bulunan küçük bir T şeklinde mandal yazdırın.
4. Dönen kolu inşa edin.
   NOT: Alt bölümler 1.4.1 ve 1.4.2, 1.2.2 alt bölümlerine eşdeğerdir. ve 1.2.3. Attisano ve ark. 2015 yöntemleri kağıt¹³.
   1. Entomolojik bir pim kullanarak merkez noktasındaki 20 μL filtreli pipet ucunun filtresini delin. Ardından, pimin çelik uçları pipet ucunun gövdesinden çıkıntı yapılına kadar pimini pipet ucundan itin. Pipet ucunun filtresinin pimini yerinde sabitlemesini sağlayın. Pim, uçuş freze kolunun ekseni olarak hizmet eder.
   2. Hücre alanını en üst düzeye çıkarmak için, 19 G manyetik olmayan hipodermik çelik boruyu 24 cm uzunluğa (bir uçuş hücresinin genişliğinden 1 cm daha az) kesin. Çıkıntılı pim ve pipet ucunun tacını adım 1.4.1'den sıcak yapıştırın. borunun orta noktasına. Borunun bir ucunu uçtan 2 cm'ye 95° açıyla bükün.
      NOT: Hücre alanını en üst düzeye çıkarmak yerine böcek boyutuna öncelik vermek için, daha küçük böcekler veya zayıf el ilanları için kolun yarıçapını kısaltın. Merkez akrilik duvar daha büyük böcekler veya güçlü el ilanları için kaldırılırsa daha uzun bir uçuş kolu da monte edilebilir. Ayrıca, kolun bükülmüş sonu, böceği doğal uçuş yönüne konumlandırmak için farklı açıları destekleyebilir.
   3. Manyetik süspansiyonunu test etmek için kolu üst mıknatıs kümesi arasında konumlandırın. Dönen kolun dikey olarak asılı pim etrafında serbestçe döndüğünden emin olun.
   4. İki düşük sürtünmeli neodimyum mıknatısı (3,05 mm çapı; 1,58 mm uzunluk; 0,23 kg tutma kuvveti) uç kolunun bükülmüş ucuna yapıştırarak manyetik olarak boyanmış böceği uçuş için bağlayın (mıknatıslı uçuş değirmeni kolunun kütlesi = 1,4 g). Pivot kolun unbent ucunda, bir bayrak oluşturmak için bir parça alüminyum folyo (alan başına kütle = 0,01 g/cm²⁾sarın. Folyo bayrak bir karşı ağırlık görevi görür ve son derece yansıtıcı özellikleri nedeniyle, IR sensör vericisinden alıcıya gönderilen IR ışınını en iyi şekilde kırar.
      NOT: IR kirişinin çapı en fazla 2,4 mm'dir, bu nedenle folyo bayrağının en uygun minimum genişliği 3 mm'dir. 3 mm'lik bir folyo bayrak genişliği ve sensörün yayıcı lensinin önündeki IR ışığının ışınını kırmak için konumlandırılmış, analizler sırasında algılanabilen voltajda bir düşüş sağlayacaktır.
5. IR sensör ve veri kaydediciyi kurun.
   1. IR sensör vericisini, kirişin yayıcısı aşağı bakacak şekilde üst doğrusal kılavuz ray bloğunun içine yerleştirin. Ardından, IR sensör alıcısını alt bloğun içine yukarı bakacak şekilde yerleştirin.
      NOT: Sensörler (20 mm uzunluk x 10 mm genişlik x 8 mm derinlik) 250 mm mesafeye kadar ayrılabilir ve hala çalışabilir; bu nedenle, yaklaşık 100 mm doğrusal kılavuz rayın uçlarına konumlandırıldığında bile çalışacaklardır.
   2. Lehimsiz bir ekmek tahtasında, Şekil 4A'dakielektronik devrede gösterildiği gibi, IR sensör vericisini ve alıcısını seri olarak 4 kanallı analog giriş veri kaydedici ile bağlayın. 180 Ω direncini izleyerek önce IR sensör vericisini (alıcı değil) bağlayın. IR alıcı bağlantısının çıkışından önce başka bir 2,2 kΩ direnç yerleştirin. Kayıt sırasında birden fazla sensörden gelen voltaj sinyalindeki gürültüyü en aza indirmek için her kanalın elektronik devresini ekmek tahtası boyunca alternatif sıralar halindeyapılandırın (Şekil 4B).

2. Uçuş Denemeleri Yapmak

1. Böcekleri uçuş değirmeni koluna manyetik olarak bağlar.
   1. Böceğe yerleştirilen stresi en aza indirmek için, bir kürdan veya ince çizgili hassas aplikatör (20 G ucu) kullanarak böceğin pronotumuna manyetik boya uygulayın. Boyayı en az 10 dakika kurutun. Kuruduktan sonra, böceği uçuş değirmeni kol mıknatıslarına takın. Farklı boyutlardaki manyetik boyama ve bağlama böcekleri örnekleri için Şekil 5'e bakın. Bu protokol, uçuş bağlama ve deneme deneyleri için model böcek olarak Jadera hematoloma 'yı (soapberry böceği) kullanır.
      NOT: Böcek ve kol mıknatısları arasında daha güçlü bir çekim için birden fazla manyetik boya katmanı uygulayın. Ayrıca, uçuş değirmeni kolunun ucuna bağlı mıknatısları, böceklerin görüş alanına, kütlesine ve kanat aralığına en uygun mıknatıs boyutlarıyla değiştirin.
   2. Uçuş değirmeninde bir seferde 8'e kadar böcek uçurun. Tek bir kayıt oturumu sırasında birden fazla böceği sırayla test etmek için en az 16 böcek boyayın.
   3. Manyetik boyayı test ettikten sonra çıkarmak için, boyayı ince önpslerle talaşlayın ve Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve İş Güvenliği ve Sağlık İdaresi (OSHA) yönetmeliklerine göre atın.
2. WinDAQ'nun Olay İşaretçisi Açıklama aracını kullanarak bir kayıt oturumunu sonlandırmadan birden çok böceği ardışık olarak kaydedin.
   1. Ücretsiz WinDAQ Veri Kayıt ve Kayıttan Yürütme Yazılımını indirip yükleyin.
   2. Masaüstünde Flight_scripts başlıklı yeni bir klasör oluşturun. Flight_scripts klasörü içinde aşağıdaki tam adlara sahip beş yeni klasör oluşturun: veri, files2split, kayıtlar, split_filesve standardized_files. Veri sayfası.xlsx (Ek Dosya 1) indirinve dosyayı Flight_scripts dizinindeki veri klasörüne sürükleyin.
   3. Veri sayfası.xlsx el ile veri kayıt şablonu olarak kullanın. En az dört sütun gereklidir: hatanın kimlik numarası, hatanın test edilmeden önce ölüp ölmediği, kayıt kümesi numarası ve kanal harfi ve kanal numarasından oluşan oda (örneğin, 'A-1', 'B-4'). Olası bir oda konfigürasyonu için Şekil 2A'ya bakın.
   4. WinDAQ Panosu'nuaçın, onay kutusu listesinden veri günlükçülerini seçin ve 'Windaq Yazılımını Başlat' tuşuna basın. Seçilen her veri kaydedici için yeni bir pencere açılacak ve her sensörden gelen giriş sinyali gösterilecektir.
   5. > Örnek Hızını Düzenle 'yitıklatarak örnekleme sıklığı tanımlayın. Örnek Hızı/Kanal kutusuna 100 Örnek/saniye örnekleme frekansı yazın ve Tamam 'abasın.
      NOT: Bu protokol 100 S/s önerir, çünkü bayrağın IR sensör ışınını kesmesinden kaynaklanan voltaj düşüşleri, 1,7 m/s hızlar için 0,36 V voltajda minimum düşüşe ulaşacaktır. Buna karşılık, voltajı 0,10 V olan maksimum düşüşe sahip olan gürültü, gerçek olukları filtrelemeden standardizasyonlar sırasında hala filtrelenebilir. Ayrıca, 100 S/sn'lik bir örnek hızı, kullanıcının kayıt sırasında ve sonrasında ekrandaki dalga formlarındaki olukları görmesini kolaylaştırır. Kayıt sırasında hatalar olursa, kullanıcı olukları hatalardan veya gürültüden hızlı bir şekilde ayırt edebilir. Birkaç düşük örnekleme frekansı arasında karşılaştırmalar için Ek Şekil 2'ye bakın.
   6. Yeni bir kayıt oturumu başlatmak için Dosya > Kayıt 'abasın. İlk açılır pencerede kayıt dosyasının konumunu seçin. Dosya adını dikkatlice yazın. Dosyaların adlarında en az aşağıdakiler olması gerekir: kayıt kümesi numarası ve kanal harfi. Python komut dosyalarında modellenen bir dosya adı örneği şunlardır: T1_set006-2-24-2020-B.txt. Daha fazla ayrıntı almak için Flight_scripts klasöründen 78-87 split_files.py satırlarına bakın. Ardından Tamam 'abasın.
   7. Bir sonraki açılır pencerede, uçuş kaydının beklenen uzunluğunu girin. Böcekler uçuşa başlayacak konumdayken Tamam'a basın. Kayıt süresi geçtikten sonra, dosyayı sonlandırmak için Ctrl-S tuşlarına basın. Kaydı erken sonlandırmaya gerek olmadığı sürece Ctrl-S tuşlarına basmayın.
      NOT: Dosya Ctrl+S yazarak çok erken sona ererse veya yukarıda belirtilen süre çok kısaysa, Dosya > Kayıt'ı tıklatarak varolan bir dosyaya yeni bir kayıt ekle. Eklenecek dosyayı seçin ve aşağıdaki açılır pencerede Evet'i tıklatın.
   8. Kayıt sırasında test edilmiş böcekleri çıkarırken, seçilen odasına gelen böceğin yorumlanmış bir olay işaretleyicisini ekleyin. Böcekleri değiştirmeden önce, gelen böceğin kimlik, oda ve kayıt kümesini her zaman veri sayfasına.xlsx manuel olarak kaydedin.
   9. Olay işaretçisi açıklaması yapmak için kanal numarasına tıklayın. Ardından, Düzenle > Açıklama İşareti Ekle 'yitıklatın. Yorumu odaya giren yeni böceğin kimlik numarasıyla tanımlayın. Tamam'a basın ve böceği odaya yükleyin.
3. Olay işaretleyici yorumlarını görselleştirin ve dosyayı WDH'den TXT'ye dönüştürün.
   1. Bir WDH dosyası açın. > Sıkıştırmayı Düzenle 'ye giderek olay işaretleyici yorumlarını görselleştirin ... ve sonra dalga biçimini tek bir pencerede tam olarak sıkıştırmak için Maksimum düğmesini tıklatın (Şekil 6A).
   2. Kayıtta herhangi bir anormallik olup olmadığını kontrol edin.
      NOT: Kayıttaki anormallik veya hata türleri Şekil 6'da görüntülenir. Bunlar daha sonra teşhis edilir ve Python komut dosyalarında düzeltilir.
   3. Dosya > Farklı Kaydet 'e giderek dosyayı .txt biçiminde kaydedin. Dosyayı kaydetmek için konum olarak Flight_scripts dizinindeki kayıtlar klasörünü seçin. Açılır pencerede dosya türünü Elektronik Tablo yazdırma (CSV) olarak seçin ve dosya adını sonuna .txt yazarak yazın. Kaydet 'itıklatın. Aşağıdaki açılır pencerede Örnek Hız, Göreli Saatve Tarih ve Saat'i seçin. Kanal Numarası ve Olay İşaretçileriarasına 1 yazın. Diğer tüm seçeneklerin seçimini kaldırın ve dosyayı kaydetmek için Tamam'ı tıklatın.

3. Uçuş Verilerini Analiz Edin

1. Dosyaları olay işaretçisi açıklamalarına göre bölün.
   1. Python'un en son sürümünü yükleyin. Bu protokoldeki tüm komut dosyaları Python sürüm 3.8.0'da geliştirilmiştir.
   2. Aşağıdaki Python komut dosyalarını indirin: split_files.py, standardize_troughs.pyve flight_analysis.py ( TamamlayıcıKodlama Dosyaları). Komut dosyalarını Flight_scripts klasörüne taşıyın.
   3. Python'un güncel olduğundan emin olun ve aşağıdaki kitaplıkları yükleyin: csv, os, sys, re, datetime, time, numpy, math ve matplotlib. Komut dosyalarının ana işlevlerini ve veri yapılarını gözlemlemek için, Ek Şekil 3'teki şemaya bakın.
   4. Veri sayfası.xlsx dosyasını açın ve Windows veya Macintosh Virgülü Çalıştırıyorsa Dosya biçimini CSV UTF-8 (Virgülle ayrılmış) olarak değiştirerek CSV olarak kaydedin.
   5. split_files.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
   6. Kullanıcı önerilen şablondan farklı bir dosya adı yazdıysa ('T1_set006-2-24-2020-B.txt') 133-135 ve 232-233 satırlarını yeniden kodlayın. Split() işlevini kullanarak komut dosyasını farklı dosya adlarını barındıracak şekilde yeniden kodlamak için, bkz.
   7. Satır 266'da, Flight_scripts klasörünün yolunu yazın ve komut dosyasını çalıştırın. Başarılı bir çalıştırmadan sonra, komut dosyası, Flight_scripts dizini içindeki split_files klasöründe ayarlanan her kayıtta test edilen her böcek için dosya2split klasöründe ve .txt dosyalarında eşlenen böcek kimliklerinin ara .txt dosyalarını oluşturur.
      NOT: Ayrıca, Python Kabuğu'nda kullanıcılar, numaralı bir olay işaretçisinde hangi böceklerin değiştirildiğini ve hangi dosyaların böcek kimliğiyle bölünüp yeni dosyalara dönüştürüldüğünü dosya adının yazdırma deyimlerini görmelidir.
2. Kaydedilen sinyaldeki olukları standartlaştırın ve seçin.
   1. standardize_troughs.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
   2. 158. satıra örnekleme frekansını yazın.
   3. Satır 159'da, Flight_scripts klasörünün yolunu yazın ve komut dosyasını çalıştırın. Komut dosyası başarıyla çalışırsa, Flight_scripts dizinindeki standardized_files klasöründe dosyalar oluşturur.
      NOT: Tüm dosyalar 'standardized_' ile başlamalı ve özgün dosya adıyla bitmelidir.
   4. Kayıtların kalitesini kontrol edin: Flight_scripts klasöründe bulunan standardize_troughs.py tarafından oluşturulan trough_diagnostic.png açın. Tüm kayıtların ortalama standardizasyon aralığının minimum ve maksimum voltaj değerindeki değişikliklere karşı sağlam olduğundan emin olun.
      NOT: Minimum ve maksimum sapma değerleri artırıldığında tanımlanan oluk sayısında büyük düşüşler gösterirlerse, kayıtlarda çok fazla gürültü olabilir veya aşırı hassas oluklar olabilir. Min-max normalleştirme faktörü için ek tanılama da kodlanabilir, gerçekleştirilebilir ve çizilebilir. Kayıt kalitesini denetlemek için alternatif bir yöntem 2.3.1 adımlarında açıklanmıştır. ve 2.3.2. Attisano ve ark. 2015 yöntemleri makalesi¹³.
   5. Tanılamayı değerlendirin, hat 198'i kullanın ve tüm dosyalar için standardizasyonu gerçekleştirmek için kullanılan ortalama voltajın etrafındaki minimum ve maksimum değerleri tanımlayan minimum ve maksimum sapma değerlerini belirtin. Varsayılan değer her sapma değeri için 0,1 V'tir.
      NOT: 53. satırda, kullanıcı eşik değerinin çok altında bir voltaj tanımlamak için min-max normalleştirme faktörü eşiğini de belirtebilir.
   6. Sapma değerlerini girdikten sonra satır 189'a açıklama yapın ve komut dosyasını çalıştırın. Komut dosyası, tüm dosyalar için standartlaştırmaları verimli bir şekilde çalıştıracaktır (yaklaşık 25 kat daha hızlı).
3. Standartlaştırılmış dosyayı kullanarak uçuş pistini analiz edin.
   1. flight_analysis.py simgesini seçtiğiniz metin düzenleyicisiyle açın. Tercih yoksa, komut dosyası simgesini sağ tıklatın ve BOŞTA AÇ 'ıseçin.
   2. 76-78 satırlarında, bir böcek uçmayı durdurduktan sonra değirmenin kolunun ek dönüşlerini bastıran isteğe bağlı hız düzeltmesini düzenleyin. Yavaş uçan böceklerle çalışırken bu eşik değerini dikkatli belirleyin.
   3. 121. satırda, son derece yüksek hızlar veya negatif hızlar gibi yanlış hız okumalarını düzeltmek için hız eşiklerini düzenleyin. Satır 130'da, ardışık iki kesintisiz uçuş zıplamaları arasında oluşan uzun boşlukları filtrelemek için zaman boşluğu değerini düzenleyin.
   4. Satır 350'de, *.txt standartlaştırılmış dosyaların kaydedildiği klasörün yolunu yazın.
   5. 353. satırda, böcek tarafından devir başına uçurulan dairesel uçuş yolunu tanımlayan denemeler sırasında kullanılan kol yarıçapı uzunluğunu girin.
   6. Uzaklık ve zaman SI birimlerini sırasıyla 357 ve 358 satırlarındaki dizeler olarak tanımlayın.
   7. 388-397 satırlarında, en azından böceğin kimlik numarasını ve böceğin dosya adından uçtuğu ayarlanan sayıyı ve odayı ayıklamak için split() işlevini kullanın. Komut dosyası, 'standardized_T1_set006-2-24-2020-B.txt' kapsamlı dosya adı örneğini izler. Gerekirse, bu dosya adını adım 2.2.6.'da önerildiği gibi basitleştirin ve kullanılmamışsa, 392 ve 401 satırlarındaki deneme türü gibi değişkenleri yorumlayın veya silin.
   8. Tüm kullanıcı ayarlarını belirtin, komut dosyasını kaydedin ve çalıştırın. Komut dosyası çalıştırması başarılı olursa, böceğin karşılık gelen kimlik numarasını, odanı ve hesaplanan uçuş istatistiklerini Python Kabuğu'na yazdırır. Ayrıca, Python Kabuğu'nda yazdırılan bilgilerden oluşan bir flight_stats_summary.csv dosyası oluşturur ve .csv dosyasını Flight_scripts dizininin veri klasörüne kaydeder.

Sonuçlar

Uçuş verileri, Florida'dan toplanan J. hematoloma'yı model böcekler olarak kullanarak Kış 2020 sırasında deneysel olarak elde edildi (Bernat, A. V. ve Cenzer, M. L. , 2020, yayınlanmamış veriler). Chicago Üniversitesi Ekoloji ve Evrim Bölümü'nde temsili uçuş denemeleri, Şekil 6, Şekil 7 , Şekil 8ve Şekil 9'dagösterildiği gibi gerçekleştirildi. Uçuş değirmeni, 28 °C...

Tartışmalar

Basit, modern uçuş değirmeni, birden fazla böceği verimli ve uygun maliyetli bir şekilde test eden güvenilir ve otomatik bir tasarım sunarak bağlı böcek uçuşunu incelemek isteyen araştırmacılar için bir dizi avantaj sağlar^13,31,35. Aynı şekilde, araştırmacıların ekolojik sistemleri incelemek için deneysel araçlar oluşturmak için endüstri ve diğer bilimsel alanlardan hızlı gelişen teknoloji ve tek...

Malzemeler

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