Name: a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns
Uploaded: 2019-01-09T13:30:00
Duration: 6 min 22 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns at JoVE.com

Мы хотели бы признать насекомых криобиологии и Экофизиология Рабочей группы в Фарго, Северная Дакота за их полезные отзывы на эксперименты с использованием описанной системы.

1. система строительства
<ol><li>С помощью PLA накаливания, печатать следующее количество частей для каждого канала строится: 1 коллектор коллектор (collector_manifold.stl), 1 заглушка (end_cap.stl), 6 платформа поддерживает (platform_support.stl), 4 трубы стойки монтажные плиты (base_plate.stl) и 4 трубы стойки лицом пластины (face_plate.stl). Убедитесь, что принтер кровать достаточно велик, чтобы напечатать элемент перед печатью. Все *.stl файлы доступны дополнительные данные.</li>
	<li>С 3 платформа поддерживает и 33 x 30 см кусок гофрированного пластика используйте горячий клей собрать 2 трубки стойку платформы на канал строится, как показано на рисунке 2. Гофроящики пластиковые может быть забит на одной стороне на каждом углу, чтобы разрешить для гибки.</li>
	<li>Установка электроники в коллектор коллектор.<ol>
<li>Припаяйте резистор 120 Ω к аноду (больше нога) как инфракрасный излучатель инфракрасный детектор и ~ 5 см длиной 22 га провод к обоим катодов. Используйте различные цвета проводов, чтобы избежать путаницы в последующих шагах.</li>
		<li>Осторожно вставьте датчик в один разъем коллектор коллектор (выделена синим цветом на рисунке 3) и излучателя в второй разъем (выделена красным). Оба компонента должны плотно прилегать.</li>
		<li>Кормить Детектор проводов через кабельные канал, (выделены желтым цветом на рис. 3) и выньте все четыре провода через отверстие (выделены зеленым цветом). Убедитесь, что не оголенные провода соприкасаются, с помощью горячего клея для обеспечения их на месте.</li>
		<li>Припаять все четыре провода RJ45 разъем (Ethernet), используя задний ряд выводов. Обе аноды следует припаять к левой ПИН, катод излучатель на самой правой PIN и катод детектор либо центр контактов (рис. 4).</li>
		<li>Закрепите RJ45 разъем коллектор коллектор отверстие (выделены зеленым цветом на рис. 3) с горячим клеем, обеспечивая не оголенные провода соприкасаются внутри коллектора.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Конструкция, падение мяч коллектора (1 канал строится) как показано на рисунке 5
	<ol>
<li>С один проводной коллектор коллектор, один конец колпачок и 24 x 30 см раздел гофрированного пластика используйте горячий клей для соединения основания блока (красный, зеленый и светло серый компоненты рис. 5).</li>
	</ol>
</li>
	<li>8 x 27 см раздел гофрированного пластика используется для добавления падение мяч рамп коллектора (темно серый компонент рис. 5). Конце колпачок и коллектор коллектор конструкции включают выступами для обеспечения правильного размещения. Проверка для плавного перехода от рампы в коллектор, чтобы избежать пробок во время использования.</li>
	<li>Постройте центральный процессор для системы (как указано на рис. 6).<ol>
<li>Печать пользовательских печатных плат для построения системы. Все файлы, необходимые для PCB Совета печати доступны дополнительные данные.</li>
		<li>Припой женского заголовки на сквозные отверстия помечены для следующих объектов: Arduino Nano, темп, часы, модуль SD и жидкокристаллический дисплей (LCD) экран (немеченого 2 x 5 через отверстие области в верхнем левом углу Печатной платы).</li>
		<li>Snap в и припой шесть разъемов RJ45 вдоль нижнего края Печатной платы.</li>
		<li>Припой 6 470 k ом пулдаун резисторы на сайты через отверстие, расположенный чуть выше RJ45 разъемы.</li>
		<li>Установка Arduino Nano, DHT-температуры и датчиком влажности, часы и модуль SD на плате PCB. DHT-температуры и влажности, датчик должны быть проверены перед использованием в экспериментах для обеспечения точности.</li>
		<li>Подключите провод ленты 10-разъем к разъему экран LCD Печатной платы. Припой на другом конце провода ленты к ЖК-экран, так что экран Контакты соответствуют Arduino булавки, как было отмечено на рисунке 4. Более подробная информация о ЖК проводки доступны на https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Системное программирование<ol>
<li>Загрузите и установите последнюю версию Arduino IDE для соответствующей операционной системы от www.arduino.cc.</li>
		<li>При первом использовании установите библиотеки Arduino часы реального времени (github.com/adafruit/RTClib) и датчик температуры/влажности (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). Установите часы на текущее местное время, используя скрипт ds1307, включенный с библиотекой.</li>
		<li>Загрузка системы Arduino скриптов, доступных в дополнительных данных.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Система использования
<ol><li>Соберите систему, как показано на рисунке 7. Для каждого канала, используемого в один сборщик падения мяча (собраны в шаге 1.4) следует окружении по обе стороны стойки платформы (собраны в шаге 5.1). Использование ленты провести вместе кусочки и для создания гладкой округлые края на платформе стойки.</li>
	<li>Настройте неиспользуемые каналы, чтобы избежать ложных положительных сигналов. Поскольку система опирается на низкий сигнал для обнаружения события (не получает сигнал от инфракрасный излучатель инфракрасный детектор), неиспользуемые каналы должна быть соответственно настроена во избежание ложных положительных сигналов. Это может быть достигнуто одним из двух способов.<ol>
<li>Отключите неиспользуемые каналы в программном обеспечении, комментируя из петли, соответствующие неиспользуемые каналы. В Arduino IDE, это может быть достигнуто путем добавления «/ *» до ненужные петли и «* /» на их конце.</li>
		<li>Отключите неиспользуемые каналы через простой оборудования жилья. Просто вместе припаять провода #6 и #8 (обычно твердых коричневый твердых зеленый провода и кабеля коммерчески доступных Кот 6) и вставьте в пустой разъем RJ45 на центральный процессор.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Нагрузки и место трубы стойки сразу перед запуском эксперимент.<ol>
<li>Обеспечить все отверстия, которые содержат пробки microcentrifuge 0,5 мл с крышкой удалены и что трубки плотно прилегать.</li>
		<li>Заполните каждую пробирку с одной насекомых расплода ячейки, куколки дела или кокон, один из airsoft гранулы и наконец один металл BB. Убедитесь, что сторона плоский край (Кап) расплода ячейки обращена к airsoft гранулы и металла BB. Прикрепите лицевую панель стойки трубки, с закругленной кромкой в нижней части стойки, с помощью ¼ дюйма Нейлон винтов.</li>
		<li>Место трубы стойки на платформе стойку, с открытием, обращенной к сборщику падения мяча. Стойки должны находиться в самом краю платформы металла BB может свободно упасть в коллектор без подпрыгивая против другой частью структуры (рис. 7). При размещении стойки, начните с открытия вверх и затем осторожно поворот на место для обеспечения металла BBs не освобождаются. Стойки спроектированы так, чтобы трубки будет наклонной слегка назад когда правильно размещены, снижает вероятность случайного выпуска металла BBs.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Вставьте SD карту в адаптер, а затем запустите центральный процессор, вставив разъем микро USB в Arduino и другой конец в любой соответствующий адаптер USB. ЖК-экран будет отображать номера один через шесть, когда будете готовы. Перетащите один металлический BB в сборщике мяч каждого канала и часы для соответствующих граф появляться на экране и правильное время для отображения в нижней части экрана.<ol>
<li>Если не отображается правильное время, повторите шаги 1.6.3 и 1.6.4 сброса часов.</li>
		<li>Если тест металла BB не фиксируется, коллекционер блокируется. Визуально проверить для закупорки и перезагрузите систему.</li>
		<li>Если канал «подсчитывает «одно событие каждую секунду, это означает, что канал не подключен правильно. Проверьте все соединения и перезагрузите систему.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. эксперимент конца и анализ данных
<ol><li>После появления закончилась (см. результаты и цифры 8 и 9 примеры шкалы времени), выключите аппарат, отсоединив Arduino. Стойки могут разбирать и очищены для повторного использования.</li>
	<li>В ходе эксперимента данные хранятся на SD-карту в файле с разделителями запятыми (CSV) доступны в языке программирования R. Использование SD-карты для передачи данных на компьютер, и RStudio для автоматической генерации пузырь участки данных.<ol>
<li>Данные события и температуры сохраняются в одном файле для обеспечения целостности данных. Следовательно некоторые обработки должна быть завершена до анализа. Импорт файла с разделителями запятыми в программу электронных таблиц. Столбцы, I и J являются Дата и время возникновения для пчел; сделать их столбцы A и B, вырезания и вставки в таблицу второй столбцы A-E, и сохранить как отдельный файл, это данные о температуре.</li>
		<li>Название столбца A с, «Дата» и столбец B «Время» и сортировки данных в столбце A, а затем сохранить B. как CSV. файл.</li>
		<li>Загрузите и установите последнюю версию RStudio от https://www.r-project.org/. Помощь с использованием RStudio для загрузки и анализа данных можно найти здесь на https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.</li>
		<li>С помощью сценария R в дополнительные данные, загрузите данные в RStudio. Изменение рабочей назначения в скрипте R соответствует где excel *. CSV-файл находится. Запустите сценарий и выберите файл данных для анализа. Тип «участок» в консоль R. Пузырь участок будет находиться в рабочей назначения, названный «High-res;» переименовать этот файл, чтобы сохранить в виде файла tiff с высоким разрешением (300 dpi).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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

Авторы не имеют ничего сообщать.

Мы представляем собой протокол для Ассамблеи и использования системы, которая позволяет для точного измерения времени появления насекомых. Эта система решает две проблемы, которые ограничивают предыдущие конструкции: частичная автоматизация и ограниченной выборки. Мы решали эти проблемы путем автоматизации сбора данных с использованием микроконтроллеров, который также позволило нам увеличить размер выборки с использованием нескольких каналов. Текущий дизайн имеет шесть каналов, которые вмещают в общей сложности 1200 пчел. Дополнительные каналы могут быть добавляется или вычитается при необходимости, позволяя не только для увеличения размера выборки, но и одновременно расследования последствия нескольких лечения. Ниже рассматриваются важнейшие шаги, модификации, ограничения и будущих приложений.
Единственная часть системы, которая не является автоматической загрузки стойки с расплодом клетки, металлические BBs и airsoft гранулы в начале эксперимента. Хотя стойки спроектированы так, что они опираются слегка, чтобы предотвратить металла BBs, когда стеллажи являются постоянный уход и вертикально, должны приниматься при размещении стойки для предотвращения случайного выпуска металла BBs. Кроме того убедитесь, что стойки установлены заподлицо с краю шельфа, поэтому падение траектории металла BB выравнивает с ВПП. Наконец лист мусора следует протереть ясно от взлетно-посадочной полосы, и шасси, держа металла BBs от предыдущих экспериментов должны быть очищены, чтобы предотвратить блокирование датчика. Данные автоматически записываются на карту SD в CSV-файл, и сценарий написан таким образом, чтобы Arduino не будет работать, если присутствует SD-карты. Файл данных вручную импортировать в RStudio и визуализация с использованием ранее упомянутых R сценария. Этот сценарий будет автоматически графа данных как пузырь сюжет и определить среднее время и день появления. Arduino сценарий написан для добавления данных в конец файла, который предотвращает потерю данных в случае сбоя питания. Однако это также означает, что когда данные извлекаются из SD-карты, все файлы должны быть очищены до следующего эксперимента.
Можно внести изменения в файлы SketchUp отрегулировать размер стойки для насекомых, разных размеров, с различных размеров труб используется в модифицированных стойки. Кроме того размер airsoft гранулы имеет важное значение потому, что он предотвращает насекомых от оставляя трубки, и гранул различных размеров могут быть необходимы также. Широкий спектр изменений можно внести в сценарий R изменить внешний вид участков пузырь, и другие графические параметры.
Мы снизили риск возникновения ложных срабатываний, написав код особенностью, который отключает любой заданный канал для одной секунды после обнаружения металла, BB, препятствуя одного металла BB подсчитываемое как несколько точек данных. Хотя, это создает возможность для точки данных, быть упущена, если много пчел возникают сразу, но тот факт, что каналы независимы снижает этот риск. Еще одно ограничение текущей системы, что отдельные точки данных не заметной, т.е. падение металла BB не могут быть прослежены назад к конкретному лицу. Кроме того, нынешняя система мер появление, но не eclosion ритмы в . м. пчела-листорез, но будет измерять ритмы eclosion видов, где появление и eclosion являются синонимами. Наконец текущий дизайн не непогоды, ограничение его использования в контролируемых условиях.
Будущие приложения включают в себя изучение последствий других абиотических и биотических экологические сигналы для сроков появления м. пчела-листорез. Кроме того потому что насекомые занимают в различных средах, соответствующие экологические сигналы варьируются между видами. Таким образом включение более видов насекомых имеет важное значение для расследования как суточный систем, развивалась через таксонов. Мало что известно о условий как развития влияют на сроки появления взрослых; Таким образом наша система может использоваться для расшифровки эффекты лечения на появление. Кроме того комбинации экологические сигналы могут повлиять на насекомых ответы, таким образом, будущие эксперименты должны включать несколько экологических подсказки, чтобы понять их относительное влияние на появление. Наконец, развертывание в поле наблюдать как природные параметры посредником появление ритмы представляет интерес. Простота в использовании этой системы, и ее уникальное сочетание аддитивного производства, открытым исходным кодом программирования и наблюдаемых биологических черт, сделать его кандидатом для использования в образовательном учреждении.

Точного измерения времени появления земных насекомых в экспериментальных условиях крайне сложно и требует некоторой степени автоматизации. В прошлом, были разработаны несколько механизмов включения либо принцип «падения мяча», используя падения шаров и датчики или «Банг бокс» с помощью системы воронкообразной1,2,3. Есть два ограничения с существующих конструкций: 1) сбора данных лишь частично автоматизирован и 2) размер выборки или ограничено количество возникающих насекомых, которые могут быть обнаружены. Эти проблемы понижается точность сбора данных, который имеет важное значение для изучения сроков eclosion и/или появление моделей. Мы рассмотрели эти проблемы путем разработки системы, которая автоматизирован и не ограничивается размер выборки, позволяя пользователю лучше визуализировать появление ритмы в ответ на экологические сигналы.
Наша система является улучшение принцип падения мяча, самая последняя версия которого используется инфракрасный датчик для обнаружения насекомых появление в шести-минутные2. Наша система по-прежнему использует инфракрасные датчики, но также включает Arduino микроконтроллер для записи даты и времени каждого появления события с точностью до секунды. Данные автоматически сохраняются в надежной цифровой карты (УР), которые могут быть экспортированы в виде файла с разделителями запятыми для анализа. Анализ автоматизирован с помощью пользовательского сценария R, который будет граф данных в виде пузыря сюжет и определить среднее время и день эмерджентности.
Множественные каналы позволяют пользователям большую гибкость в сбора данных. Например наши несколько дизайн канала не только минимизирует влияние «засорения» датчика, но также могут быть использованы для увеличения размера выборки. Кроме того несколько каналов позволяют пользователю назначить лечение конкретных каналов, они могут выполняться одновременно в эксперименте. Использование всех шести каналов позволяет приблизительно 1200 новых пчел регистрироваться в одном эксперименте. Насколько нам известно это большой размер выборки любой текущей системы измерения появление насекомых и позволил нам наблюдать появление мелкомасштабных структур в ответ на экологические сигналы. Наконец Наша система выгоды из того факта, что большинство частей являются 3D печати. Это создает точно размеров компонентов, которая уменьшает вероятность появления ошибок, происходящих во время операций (например, детектор засорения). Она также позволяет для настройки для других научно-исследовательских систем.
Цель настоящего Протокола заключается в пользовательские сборки, точные и автоматизированной системы для измерения появление насекомых, расследовать вопросы в физиологии хронобиологии и стресс. Эта система была и будет продолжать быть, важную роль в расследовании нерешенные вопросы, связанные с насекомых появление структур в ответ на экологические сигналы. Здесь мы описываем его Ассамблеи и использования для обнаружения появление Люцерна-листорезами пчел, Люцерновая пчела-листорез в экспериментальных установок на основе лаборатории. Система автоматики с использованием программируемых микроконтроллеров и настраивается с помощью 3D печатной частей. Печатные стойки держать в месте пробирки, содержащие пчелы гнезда клеток после металла BB. После появления металлические BB освобождается от стойки, проходя через инфракрасный датчик записи даты и времени появления SD-карты. Текущий дизайн оптимизирован для м. пчела-листорез, но с незначительными изменениями могут быть адаптированы для других видов насекомых.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PLA printer filament</td>
			<td>www.lulzbot.com</td>
			<td>various</td>
			<td>Catalog number varies by color</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5 mL microcentrifuge tubes</td>
			<td>www.daigger.com</td>
			<td>EF4254C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4.5 mm size &#34;bb&#34; metal pellets</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00419C1IA</td>
			<td>Daisy 4.5 mm metal size bb pellets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6.0 mm plastic &#34;softair&#34; pellets</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B003QNELYE</td>
			<td>Crosman 6 mm airsoft pellets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic corregated sheet</td>
			<td>www.lowes.com</td>
			<td>345710</td>
			<td>Corrugated plastic sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared emmiter/detector pair</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00XPSIT3O</td>
			<td>5 mm diameter, 940 nm wavelength</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120 ohm resisitors</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B01MSZK8DV</td>
			<td>120 ohm, 1/4 watt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>22 GA hookup wire</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>1311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RJ45 jacks</td>
			<td>www.sparkfun.com</td>
			<td>PRT-00643</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom PCB board</td>
			<td>www.pcbexpress.com</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Can be printed from files included in the supplimental data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Nano v 3.0</td>
			<td>www.roboshop.com</td>
			<td>RB-Gra-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card module</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>DFR0071</td>
			<td>DFRobot SD card module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Real Time Clock module</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>264</td>
			<td>DS1307 real time clock breakout board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature/humidity sensor</td>
			<td>www.tinyosshop.com</td>
			<td>G4F4494F29ED05</td>
			<td>DHT11 temperature/humidity sensor on breakout board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>470k ohm resistors</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00EV2R39Y</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female headers</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>598</td>
			<td>Break off to desired length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Male headers</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>392</td>
			<td>Break off to desired length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ribbon wire</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00X77964O</td>
			<td>10 wire ribbon wire with connectors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCD screen</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>198</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cat6 cable</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00N2VISLW</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00E9W1URM</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns

Существующих систем для измерения насекомых появление модели имеют ограничения; они лишь частично автоматизированы и ограничены в максимальное количество новых насекомых, которые они могут обнаружить. Чтобы получить точное измерение появление насекомых, это необходимо для систем полуавтоматических и способны измерять большое количество новых насекомых. Эти вопросы рассматривались на проектирование и строительство системы, которая автоматизирован и может измерить появление до 1200 насекомых. Мы изменили существующую систему «падения мяча» с помощью Arduino микроконтроллеров для автоматизации сбора данных и расширить размер выборки через несколько каналов данных. Несколько каналов данных позволяют пользователю не только увеличить их размер выборки, но также позволяет несколько процедур одновременно выполняться в одном эксперименте. Кроме того мы создали сценарий R автоматически визуализировать данные как пузырь сюжет, а также расчета средний день и время эмерджентности. Нынешняя система была разработана с использованием 3D печати, так что пользователь может изменить систему корректироваться для разных видов насекомых. Цель настоящего Протокола заключается в исследовать важные вопросы в хронобиологии и стресс физиологии, используя этот точный и автоматизированной системы для измерения насекомых появление моделей.

Появление м. пчела-листорез асинхронного без воздействия экологических биток, с появлением происходит равномерно на протяжении всего дня4. Однако когда подвергается thermoperiod площадь волна (4° C thermoperiod), появление становится синхронных thermophase4,5. Этот результат похож на другие исследования, где были обнаружены насекомые использовать thermoperiod сигналы для регулировать появление, включая плоти fly аристолохиевая crassipalpis6, лук лету Делия atiqua7 и boll долгоносиком Anthonomus grandis grandis8. Одно исследование показало, что стресс во время разработки влияет синхронности взрослого появление в S. crassipaplpis9. Здесь мы представляем результаты от м. пчела-листорез , которые подверглись воздействию стресса во время разработки, чтобы проверить гипотезу, что это лечение причины десинхронизации взрослых появления.
Успешный запуск
Пользователь должен смотреть ЖК-экран перед открытием инкубатор, чтобы убедиться, что насекомые больше не появляются. После завершения эксперимента, карты SD удаляется, и данные могут быть экспортированы в RStudio как файл с разделителями запятыми быть визуализированы как пузырь заговор, как описано выше. Рисунок 8 показывает появление пчела под 4 ° C thermoperiod после воздействия холодного стресс во время разработки. Красный крестик указывает среднее время и день эмерджентности и имя файла название. Этот сценарий R должен использоваться для визуализации данных, но не должно служить единственным анализа. Чтобы проанализировать ответ появление экологических кий, данные могут быть проанализированы для ритмичности (анализ).
Осложнение
Когда датчик забиты с металлическими BBs, отсутствие сигнала неоднократно считается, порождает несколько ложных данных точек. Рисунок 9 демонстрирует тот же набор данных, представленных на рисунке 8, но с одним из шести каналов, забиты с BBs, поэтому создание большой пузырь на графике. В случае засорения датчик данные из этого канала легко удаляется из анализа. Включение нескольких каналов в эксперименте выгодно в минимизации последствий засорения датчика.
Анализ
Анализ данных за присутствие синхронизации может быть сделано путем вычисления «параметр R, «скалярный статистика, которая идентифицирует если появление художественной или аритмических10,,1112. Это делается путем расчета наибольшее количество новых взрослых в 8-часового окна, разделив это число на количество взрослых, возникающих за пределами 8-часового окна, затем умножения на 100. Все лица, которые появились должны быть объединены для вычисления числа возникающих взрослых за каждый час дня. Теоретические диапазон параметра R — от 0 (все появление происходит в пределах ворот) до 200 (появление равномерно в течение дня)10. R значений < 60 считаются художественной появление, 60 < R < 90 слабо художественной и R > 90 аритмических. Значения R > 150 указывают равномерное распределение появление10. Рисунок 8 показывает, что появление художественной с параметром R = 20.21 < 60. С тем, что этот тип данных распространяется вокруг повторяющейся 24-часовом формате, круговой статистики должны быть использованы для более надежного анализа (подробно в Беннетт et al., 2018-5). Это может быть достигнуто через циркуляр статистики пакеты доступны для RStudio (пакет «циркуляр»-CRAN. R-Project.org).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig1.jpg"> Рисунок 1: добавки производятся компоненты. С помощью PLA накаливания, 3D печать необходимых частей для системы. Для каждого канала строится частей 1 коллектор коллектор (зеленый), 1 заглушка (красный), 6 платформа поддерживает (оранжевый), 4 трубки рейки опорные плиты (фиолетовый) и 4 трубы стойки лицом пластины (желтый). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig2.jpg"> Рисунок 2: трубка сборку платформы стойку. Чтобы собрать две трубы стойки платформы на канал строится используйте горячий клей. Используйте три платформа поддерживает (показан в оранжевый) с Секцией гофрированного пластика (показана серым цветом). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig3.jpg"> Рисунок 3: коллектор коллектор рентгеновского. Вставьте один инфракрасный детектор в один разъем коллектора (показаны синим цветом) и излучателя в второй разъем (показано красным цветом). Кормить Детектор проводов через кабельные канал, (показано желтым цветом) и вытащить все четыре провода через отверстие (выделены зеленым цветом). Убедитесь, что не оголенные провода соприкасаются, с помощью горячего клея для обеспечения их на месте. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig4.jpg"> Рисунок 4: разъем электропроводки. Схема для RJ45 jack до проставления в коллектор коллектор, как видно из нижней части Джек и таблицы электропроводка для подключения ЖК-экран на центральный процессор. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig5.jpg"> Рисунок 5: мяч коллекционер Ассамблеи. Используя один колпачок (показано красным цветом), один коллектор коллектор (показано зеленым) и 24 x 30 см кусок гофрированного пластика (показан в светло-серый) собрать оболочке Ассамблеи коллекционер мяч. Используется для добавления рампа 8 x 27 см кусок гофрированного пластика (показан в темно-серый). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig6.jpg"> Рисунок 6: Центральный процессор Печатной платы. Печатной платы для центрального процессора состоит из нижнего слоя (изображены зеленым цветом), верхний слой (показано красным цветом) и шелкография слой (изображены синим цветом). Припой женского заголовки для всех сквозные отверстия, за исключением тех, для гнезда RJ45 (внизу) и выпадающее резисторы (непосредственно над колодки RJ45). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig6large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig7.jpg"> Рисунок 7: окончательная сборка. Когда в пользе, аппарат должны монтироваться с платформой стойку трубки по обе стороны от каждого мяча сборщика используется. Трубы стойки с прилагаемой лицевые панели должны быть расположены так, что они находятся на самом краю платформы стойку трубки, снижая вероятность падения BBs, подпрыгивая прочь аппарат. След собрал аппарата является примерно 25 см х 35 см, высота 20 см. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig7large.jpg" target="_blank">пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig8.jpg"> Рисунок 8: граф типичный экспериментальный запуск после обработки в р. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig8large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig9.jpg"> Рисунок 9: график эксперимента, который страдал от засорения детектор, как показано на относительно большой пузырь на день 4. Засорение каналов могут быть удалены из анализа, тем самым сохраняя оставшиеся точки данных. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig9large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns at JoVE.com

A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns

Измерение насекомых появление структур требует точности. Существующие системы являются только полуавтоматическими и образец размер ограничен. Мы рассмотрели эти вопросы путем разработки системы с использованием микроконтроллеров точно измерить время появления большого числа новых насекомых.

Точные и автономной системы для обнаружения насекомых появление моделей

Existing systems to measure insect emergence patterns have limitations; they are only partially automated and are limited in the maximum number of ...

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области хронобиологии и физиологии стресса, такие как то, что сигналы влияют на время появления насекомых. Основным преимуществом этой техники является то, что она автоматизирована и может быть использована для измерения появления большого количества насекомых. Для каждого построенного канала требуются следующие части.Один коллектор многообразия, один конец крышки, шесть платформы поддерживает, четыре трубки стойки базовые пластины, и четыре трубки стойки лица пластин. С тремя опорами платформы и 33 на 30 сантиметров кусок гофрированного пластика, использовать горячий клей для сборки двух труб стойки платформ на канал строится. Установите электронику в коллектор многообразия, сначала припая 120 ohm резистор к аноду как инфракрасный излучатель и инфракрасный детектор и пять сантиметров длиной 22-калиберной электрической проволоки для обоих катодов.Аккуратно вставьте детектор в одну розетку коллектора многообразия, а излучатель во вторую розетку. Оба компонента должны плотно прилегать. Кормите провода детектора через канал кабелей и протяните оба провода через отверстие доступа.Solder все четыре провода к разъему RJ45 Ethernet, используя задний ряд булавок. Оба анода должны быть припой к левой булавке, катод излучателя к правой булавке, и катод детектора к любой из центральных штырей. Безопасный разъем RJ45 над коллектором многообразия отверстие доступа с горячим клеем, обеспечивая не голые провода касаются внутри многообразия.Далее, начать строительство центрального процессора для системы путем припоя женские головки на через отверстия помечены для Arduino нано, темп, часы и модуль SD. Кроме того, припой женский заголовок на неоцелевой два на пять через отверстие в верхнем левом углу доски PCB для LCD-экрана. Привязать и припой шесть RJ45 гнезда вдоль нижнего края доски PCB.Solder шесть 470 кг ohm выдвижной вниз резисторов в через отверстие сайтов, расположенных чуть выше RJ45 гнезда. Установите на доску PCB модуль Arduino nano, датчик температуры и влажности DHT, часы и модуль SD. Наконец, подключите десятиконнекторный ленточный провод к разъему LCD-экрана платы PCB.После того, как система обнаружения была собрана, загрузите и поместите две стойки непосредственно перед запуском эксперимента. Во-первых, убедитесь, что все отверстия в стойке содержат 0,5 миллилитров микро-центрифуги трубки с крышкой удалены, и что трубы плотно подходят. Заполните каждую трубку с одним насекомым выводок ячейки, убедившись, что плоский край стороны сталкивается к открытию.Затем добавьте одну воздушную мягкую гранулу, и, наконец, один металлический BB. Затем используйте четверть дюйма нейлоновые винты, чтобы прикрепить трубку стойку faceplate, с закругленным краем к нижней части стойки. Размещает стойки трубки на стойке платформы. Начните с отверстий, обращенных вверх, а затем аккуратно поверните на место, чтобы металлические BBs не были освобождены.Стойки должны быть размещены на краю платформы, так что металлический BB может свободно падать в коллектор, не подпрыгивая от другой части структуры. Вставьте SD-карту в адаптер, а затем запустите центральный процессор, подключив разъем micro-USB в Arduino, а другой конец в любой соответствующий адаптер USB. Lcd экран будет отображать номера от одного до шести, когда готов.Бросьте один металлический BB в шарик коллектора каждого канала, и смотреть на соответствующий счет, чтобы появиться на экране, и за правильное время для отображения в нижней части экрана. После того, как все насекомые появились, выключить аппарат, отключив Arduino. Стойки могут быть разобраны и очищены для повторного использования.Во время эксперимента по появлению данные хранятся на карте SD в запятом файле. Используйте SD-карту для передачи данных на компьютер, а RStudio для автоматического создания пузырьков данных. Данные о событиях и температуре сохраняются в одном файле для целостности данных.Перед анализом импорт запятого файла в программу электронной таблицы. Колонны I и J являются датой и временем появления пчел. Сделайте их столбцами A и B, разрезая и вставить столбцы A через E во вторую электронную таблицу, и сохраните в качестве отдельного файла данных о температуре для дальнейшего анализа.Эта цифра отображает появление пчел под четырехградумным термо-периодом Цельсия после воздействия холодного стресса во время развития. Эта цифра показывает тот же набор данных, что и только что видел, но с одним из шести каналов забиты BBs, создавая большой пузырь на графике, как отсутствие сигнала неоднократно подсчитывается. Данные с этого канала могут быть обоснованно удалены из анализа.При попытке этой процедуры, важно помнить, чтобы проверить все части припой, чтобы убедиться, что соединения работают. После своего развития, этот метод проложил путь для исследователей в области хронобиологии и физиологии стресса, чтобы исследовать, какие сигналы эффект сроки появления в одиночных пчел.

Research

JoVE Journal

Environment

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Методы Выполнение Кресты в<em&gt; Setaria виридис</em&gt;, Система Новая модель для трав

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail ...

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect (Cryptococcus fagisuga Lind.)

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect Cryptococcus fagisuga Lind.

Методика экран американский Бук на устойчивость к Бук Scale насекомых (<em&gt; Криптококк fagisuga</em&gt; Линд.)

Beech bark disease (BBD) results in high levels of initial mortality, leaving behind survivor trees that are greatly weakened and deformed.&#160;The ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Измерение и сопоставление моделей осаждения, относящиеся к концентрации карбоната почвы под управление сельским хозяйством и эрозии почвы

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Techniques for Investigating the Anatomy of the Ant Visual System

Методы для изучения анатомии муравей зрительной системы

This article outlines a suite of techniques in light microscopy (LM) and electron microscopy (EM) which can be used to study the internal and external eye ...

On-Site Molecular Detection of Soil-Borne Phytopathogens Using a Portable Real-Time PCR System

На месте молекулярной обнаружение почвообитающих фитопатогенов, используя систему портативный ПЦР в реальном времени

On-site diagnosis of plant diseases can be a useful tool for growers for timely decisions enabling the earlier implementation of disease management ...

Harvesting Venom Toxins from Assassin Bugs and Other Heteropteran Insects

Заготовка Venom токсины от убийца ошибок и других насекомых, Heteropteran

Heteropteran insects such as assassin bugs (Reduviidae) and giant water bugs (Belostomatidae) descended from a common predaceous and venomous ancestor, ...

Choice and No-Choice Bioassays to Study the Pupation Preference and Emergence Success of Ectropis grisescens

Choice and No-Choice Bioassays to Study the Pupation Preference and Emergence Success of Ectropis grisescens

Выбор и No-выбор Bioassays для изучения предпочтений Окукливание и появление успеха Ectropis grisescens

Many insects live above the ground as larvae and adults and as pupate below the ground. Compared to the above-ground stages of their life cycles, less ...

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Assay анаэробных биосенсора для обнаружения ртути и кадмия

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

Обнаружение 3-Нитротирозин в атмосферных условиях через высокую производительность системы жидкого хроматографии электрохимический детектор

3-nitrotyrosine (3-NT) is generated from the tyrosine residue in atmospheric bio-aerosol proteins via a reaction with ozone (O3) and nitrogen dioxide ...

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

Индукционной системы для кластерных устьиц на лечение погружения раствора сахара в проростках Arabidopsis thaliana

Stomatal movement mediates plant gas exchange, which is essential for photosynthesis and transpiration. Stomatal opening and closing are accomplished by a ...