Name: a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns
Uploaded: 2019-01-09T13:30:00
Duration: 6 min 22 s
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Nos gustaría reconocer el grupo de trabajo del insecto Criobiología y Ecofisiología en Fargo, ND por sus comentarios útiles en experimentos usando el sistema descrito.

1. sistema de construcción
<ol><li>Usando el filamento PLA, imprimir el siguiente número de piezas para cada canal se construye: colector 1 colector (collector_manifold.stl), casquillo de 1 extremo (end_cap.stl), 6 soportes de la plataforma (platform_support.stl), placas de base de bastidor de tubo de 4 (base_plate.stl) y 4 tubo bastidor las placas frontales (face_plate.stl). Asegúrese de que la impresora cama es lo suficientemente grande como para imprimir un elemento antes de la impresión. *.Stl todos los archivos están disponibles en datos complementarios.</li>
	<li>Con 3 soportes de plataforma y una pieza de 33 x 30 cm de plástico corrugado, utilice pegamento caliente para montar plataformas de rejilla de tubo 2 por canal se construye, como se muestra en la figura 2. El plástico corrugado se puede anotó a uno en cada esquina para permitir la flexión.</li>
	<li>Instalar electrónica en el múltiple del colector.<ol>
<li>Solde un resistor de 120 Ω hacia el ánodo (pata más larga) de un emisor infrarrojo y detector infrarrojo y una longitud de ~ 5 cm de alambre de GA 22 a ambos cátodos. Use diferentes colores de los cables para evitar confusión en pasos posteriores.</li>
		<li>Introduzca cuidadosamente el detector en un zócalo del múltiple del colector (resaltado en azul en la figura 3) y el emisor en la segunda toma (resaltado en rojo). Ambos componentes deben encajar perfectamente.</li>
		<li>Pase los cables del detector a través del canal de cableado (resaltada en amarillo en la figura 3) y tire todos los cuatro cables a través del orificio de acceso (resaltado en verde). Asegúrese de que no se toquen cables pelados, con pegamento caliente para fijar en lugar.</li>
		<li>La soldadura de todos los cuatro cables a un RJ45 jack (Ethernet), utilizando la última fila de pernos. Ambos ánodos deben soldarse a la clavija de la izquierda, el cátodo del emisor con el conector de la derecha y el cátodo del detector a cualquiera de los pernos de centro (figura 4).</li>
		<li>Sujetar al conector RJ45 del orificio de acceso múltiple de colector (resaltado en verde en la figura 3) con pegamento caliente, asegurando que cables desnudos no se toquen dentro del colector.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Construcción de colector de bola caída (1 por canal se construye) como se muestra en la figura 5
	<ol>
<li>Con un colector colector por cable, una tapa y una sección de 24 x 30 cm de plástico corrugado, utilice pegamento caliente para conectar la base de la unidad (rojo, verde y luz gris componentes de la figura 5).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilice una sección de 8 x 27 cm de plástico corrugado para agregar una rampa descendente de la bola con el colector (componente gris oscuro de la figura 5). Los diseños finales cap y colector múltiple incluyen salientes para garantizar la correcta colocación. Si hay una transición suave de la rampa con el colector para evitar atascos durante el uso.</li>
	<li>Construir el procesador central del sistema (como se detalla en la figura 6).<ol>
<li>Imprimir un tablero de circuito impreso personalizado para la construcción del sistema. Todos los archivos necesarios para la impresión de la placa PCB están disponibles en datos complementarios.</li>
		<li>Soldadura hembra encabezados en los agujeros marcados para las siguientes instalaciones: Arduino Nano, temperatura, reloj, módulo SD y pantalla de visualización (LCD) de cristal líquido (2 x 5 sin etiqueta por agujero área en la esquina superior izquierda del tablero del PWB).</li>
		<li>Enganche y seis conectores RJ45 en el borde inferior del tablero del PWB de la soldadura.</li>
		<li>Soldadura de resistencias de telecine seis 470 k ohmios en los sitios a través del orificio situados justo encima de los conectores RJ45.</li>
		<li>Instale el Arduino Nano, DHT-temperatura y sensor de humedad, reloj y módulo SD en el tablero del PWB. Sensor de DHT-temperatura y humedad debe probarse antes de su uso en experimentos para asegurar su exactitud.</li>
		<li>Conecte un cable de cinta 10 conector al conector de pantalla LCD del tablero del PWB. Suelde el otro extremo del cable de cinta para la pantalla LCD para que los pines de la pantalla corresponden a los pines de Arduino, como se indica en la figura 4. Más información sobre cableado LCD está disponibles en https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Programación del sistema<ol>
<li>Descargar e instalar la última versión del IDE de Arduino para el sistema operativo correcto de www.arduino.cc.</li>
		<li>Use por primera vez, instale las bibliotecas de Arduino para el reloj de tiempo real (github.com/adafruit/RTClib) y el sensor de temperatura y humedad (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). Ajustar el reloj a la hora local actual mediante el ds1307 de comandos incluida con la biblioteca.</li>
		<li>Cargar el sistema de escritura de Arduino, disponible en datos complementarios.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. sistema de uso
<ol><li>Armar el sistema como se muestra en la figura 7. Para cada canal se utiliza un colector de bola caída (montado en el paso 1.4) debe ser flanqueado a ambos lados por una plataforma de rejilla (montada en el paso 5.1). Utilice cinta adhesiva para unir piezas y crear un borde redondeado liso en la plataforma de la rejilla.</li>
	<li>Configurar canales no utilizados para evitar falsas señales positivas. Puesto que el sistema se basa en una baja de la señal para detectar un evento (detector infrarrojo no recibe una señal desde el emisor de rayos infrarrojos), canales no utilizados deben estar configurados apropiadamente para evitar falsas señales positivas. Esto puede lograrse de dos maneras.<ol>
<li>Desactivar canales no utilizados en el programa comentando los bucles correspondientes a los canales no utilizados. En el IDE de Arduino, esto puede lograrse mediante la adición de "/ *" antes de los lazos innecesarios y "* /" en su extremo.</li>
		<li>Desactivar canales no utilizados a través de un alojamiento de hardware simple. Simplemente soldar entre sí los cables #6 y #8 (generalmente el sólido y marrón verdes alambres sólidos de un cable cat comercialmente disponibles 6) e inserte el jack RJ45 vacíelo en el procesador central.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Estantes de tubo de carga y lugar inmediatamente antes de ejecutar un experimento.<ol>
<li>Asegúrese de que todos los agujeros contienen un tubo de microcentrífuga de 0, 5 mL con la tapa y que los tubos se ajustan perfectamente.</li>
		<li>Llenar cada tubo con una celda de cría insectos, envoltura pupal o capullo, una pelotilla de airsoft y finalmente un metal BB. Asegúrese de que el lado del borde plano (cap) de la célula de la cría es hacia la pelotilla de airsoft y metal BB. Fije la placa de bastidor de tubo, con el borde redondeado hacia la parte inferior de la cremallera, con tornillos de nylon de 1/4 pulgada.</li>
		<li>Estantes de tubo lugar en la plataforma de la rejilla, con la abertura hacia el colector de la bola cayendo. Rejillas deben colocarse en el borde mismo de la plataforma para que un BB de metal puede caer libremente en el recipiente sin rebotar contra otra parte de la estructura (figura 7). Al colocar la rejilla, iniciar con la abertura hacia arriba y gire suavemente en su lugar para que BBS de metal no son liberados. Los estantes están diseñados para que los tubos se inclinación ligeramente hacia atrás cuando se coloca correctamente, reduce la posibilidad de liberación accidental de la BBs de metal.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Inserte una tarjeta SD en el adaptador y luego iniciará el procesador central enchufando un conector micro-USB en el Arduino y el otro extremo en cualquier adaptador USB. La pantalla LCD mostrará números uno a seis cuando esté listo. Soltar un solo BB de metal en el recipiente de bolas de cada canal y el reloj de la cuenta correspondiente que aparezca en la pantalla y a la hora correcta Mostrar en la parte inferior de la pantalla.<ol>
<li>Si la hora no aparece, repita los pasos 1.6.3 y 1.6.4 para restablecer el reloj.</li>
		<li>Si el metal de prueba BB no está registrado, el colector está bloqueado. Comprobar visualmente que no haya obstrucciones y reiniciar el sistema.</li>
		<li>Si un canal de "cuenta" un evento cada segundo, esto indica que el canal no está correctamente conectado. Revise todas las conexiones y reiniciar el sistema.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. experimento final y análisis de datos
<ol><li>Después de la emergencia ha terminado (ver resultados y figuras 8 y 9 para los ejemplos de la escala de tiempo), apague el aparato desenchufando el Arduino. Estantes pueden ser desmontados y limpia para su reutilización.</li>
	<li>Durante el experimento, los datos se almacenan en la tarjeta SD en un archivo delimitado por comas (CSV) accesible por el lenguaje de programación R. Utilizar la tarjeta SD para transferir datos al ordenador, RStudio a generar burbujas parcelas y de los datos.<ol>
<li>Datos de temperatura y eventos se guardan en el mismo archivo para integridad de datos. Por lo tanto, un proceso debe ser completado antes del análisis. Importar el archivo delimitado por comas en un programa de hoja de cálculo. Columnas I y J son la fecha y hora de aparición de las abejas; hacen columnas A y B por cortar y pegar columnas A-E en una segunda hoja de cálculo, y guardar como un archivo independiente, se trata de los datos de temperatura.</li>
		<li>Columna de título A con "Fecha" y columna B "Tiempo" y ordenar los datos por columna A, entonces por B. guardar como un CSV. archivo.</li>
		<li>Descargar e instalar la última versión del RStudio de https://www.r-project.org/. Ayuda con el uso de RStudio para subir y análisis de datos se pueden encontrar aquí en https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.</li>
		<li>Usando el script de R disponible en datos complementarios, cargar los datos en RStudio. Cambiar el destino de trabajo en la escritura de R para que coincida con donde el excel *. Encuentra el archivo CSV. Ejecute la secuencia de comandos y seleccione el archivo de datos a analizar. Tipo de "complot" en la consola de R. La trama de la burbuja se encuentra en el destino de trabajo llamado "High-res;" renombrar este archivo a guardar como un archivo tiff de alta resolución (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>

Los autores no tienen nada que revelar.

Presentamos un protocolo para el montaje y el uso de un sistema que permite la medición precisa de la fecha de aparición de insectos. Este sistema soluciona dos problemas, que los diseños anteriores: tamaño de muestra limitado y automatización parcial. Solucionamos estos problemas mediante la automatización de la recolección de datos utilizando microcontroladores, que también nos permitieron aumentar el tamaño de la muestra mediante el uso de múltiples canales. El diseño actual tiene seis canales que pueden almacenar un total de 1200 abejas. Canales adicionales se pueden agregar o restar si es necesario, lo que permite no sólo para tamaño de muestra mayor, pero también para investigar simultáneamente los efectos de múltiples tratamientos. Pasos críticos, modificaciones, limitaciones y futuras aplicaciones se discuten a continuación.
La única parte del sistema que es automatizado no es carga de las rejillas con celdas de cría, metal BBs y pelotillas de airsoft en el inicio del experimento. Aunque los estantes están diseñados para que lean atrás ligeramente para evitar que BBs metal caigan cuando las parrillas son la atención vertical, de pie se debe al colocar las rejillas para evitar la liberación accidental de municiones metálicas. También, asegúrese de que las estanterías están al ras con el borde de la plataforma, la trayectoria descendente de la BB de metal alineado con la pista. Finalmente, restos de hojas deben limpiarse de la pista y el tren de aterrizaje con las bolas de metal de experimentos anteriores debe eliminarse para evitar el bloqueo del sensor. Automáticamente los datos se graban en una tarjeta SD como un archivo CSV, y el guión está escrito para que el Arduino no funcionará a menos que una tarjeta SD está presente. El archivo de datos se importa manualmente en RStudio y visualizado utilizando el mencionado script de R. Esta secuencia de comandos automáticamente gráfico los datos como un diagrama de burbuja e identificar la mediana y el día de aparición. El guión de Arduino está escrito para anexar datos del evento al final del archivo, que evita la pérdida de datos en caso de apagón. Sin embargo, esto también significa que una vez que se extrajeron los datos de la tarjeta SD, todos los archivos deben eliminarse antes del siguiente experimento.
Hay modificaciones a los archivos de SketchUp para ajustar el tamaño de las rejillas para los insectos de diversos tamaños, con diferentes tubos tamaño se utilizan en las parrillas modificadas. Además, el tamaño de la pelotilla de airsoft es importante porque impide que el insecto dejando el tubo, y pellets de diferentes tamaños pueden ser necesario también. Una amplia variedad de alteraciones es posible con la escritura de R para cambiar el aspecto de los diagramas de burbuja y otros parámetros gráficos.
Redujo el riesgo de falsos positivos por escrito un código debounce que deshabilita cualquier canal dado durante un segundo después de que un metal que es del BB detecta evitando un solo BB de metal de ser contado como múltiples puntos de datos. Aunque, esto crea la posibilidad de un punto de datos se perdió si muchas abejas surgen a la vez, pero el hecho de que los canales son independientes reduce este riesgo. Otra limitación del sistema actual es que los puntos de datos individuales no son discernibles, es decir, un metal cayendo BB no puede rastrearse a un individuo específico. Además, el actual sistema de medidas de emergencia pero no eclosión ritmos en M. rotundata, pero medir ritmos de eclosión en especies donde la aparición y eclosión son sinónimos. Por último, el diseño actual no es resistente al agua, limitando su uso a entornos controlados.
Aplicaciones futuras incluyen examinar los efectos de otras señales ambientales abióticos y bióticos para la aparición de la sincronización de M. rotundata. Además, porque los insectos ocupan ambientes diversos, señales ambientales relevantes varían entre especies. Así, la incorporación de especies de insectos más es importante investigar cómo los sistemas evolucionados a través de taxa. Poco se sabe sobre cómo desarrollo condiciones afectan el tiempo de emergencia de adultos; por lo tanto, nuestro sistema puede utilizarse para descifrar los efectos de tratamientos de emergencia. Además, combinaciones de señales ambientales pueden afectar las respuestas de insectos, así los experimentos futuros deben incorporar múltiples señales ambientales para entender sus efectos relativos sobre la aparición. Por último, el despliegue en el campo para observar cómo median en entornos naturales ritmos de aparición es de interés. La facilidad de uso de este sistema y su combinación única de fabricación aditiva, la programación de código abierto y rasgos biológicos observables, lo convierten en un candidato para el uso en un ajuste educativo.

Mide precisamente el momento de aparición de insectos terrestre en entornos experimentales es muy difícil y requiere cierto grado de automatización. Varios mecanismos han sido diseñados en el pasado, incorporando ya sea un principio de "caer-ball", con bolas que caen y sensores o una "explosión caja" utilizando un sistema de embudo tipo1,2,3. Existen dos limitaciones con los diseños existentes: 1) recopilación está sólo parcialmente automatizado y 2) tamaño de la muestra o el número de insectos emergentes que puede detectarse es limitado. Estos problemas disminuyen la precisión de la recogida de datos, que es importante para estudiar el tiempo de eclosión y la aparición de patrones. Abordamos estos problemas mediante el diseño de un sistema que es automatizado y no limitado por el tamaño de la muestra, permitiendo al usuario visualizar mejor los ritmos de aparición en respuesta a señales ambientales.
Nuestro sistema es una mejora para el principio de caída de bola, la versión más reciente de los cuales utiliza sensores infrarrojos para detectar la aparición de insectos en incrementos de seis minutos2. Nuestro sistema todavía utiliza sensores infrarrojos, sino que también incorpora un microcontrolador Arduino para registrar la fecha y hora de cada evento de aparición al segundo más cercano. Datos se almacenan automáticamente a una tarjeta secure digital de (SD), que se puede exportar como un archivo delimitado por comas para su análisis. El análisis está automatizado mediante el uso de un script personalizado de R, que ver los datos como un diagrama de burbuja e identificar la mediana y el día de aparición.
Múltiples canales permiten al usuario más flexibilidad en la adquisición de datos. Por ejemplo, nuestro diseño de canal múltiple no sólo minimiza el impacto de un sensor de "tapado", sino que también puede ser utilizado para aumentar el tamaño de la muestra. Además, varios canales permiten al usuario designar tratamientos para canales específicos para que pueden ejecutar simultáneamente en un experimento. El uso de los seis canales permite para que aproximadamente 1200 abejas emergentes ser grabado en un solo experimento. A nuestro conocimiento, éste es el tamaño de muestra más grande de cualquier sistema actual de medición de aparición de insectos y nos ha permitido observar patrones de aparición de la escala mas fina en respuesta a señales ambientales. Por último, nuestro sistema beneficia el hecho de que la mayoría de las piezas 3D impreso. Esto crea precisamente tamaño componentes, que reduce la probabilidad de errores que se producen (como obstrucción de detector) durante las operaciones. También permite la personalización para otros sistemas de investigación.
El objetivo de este protocolo es personalizado construir un sistema preciso y automatizado para medir la aparición de insectos, para investigar preguntas en fisiología Cronobiología y estrés. Este sistema ha sido y seguirá siendo, esencial en la investigación de incógnitas relacionadas con patrones de aparición de insectos en respuesta a señales ambientales. Aquí describimos su montaje y uso para la detección de la aparición de la abeja cortadoras de alfalfa, Megachile rotundata en configuración experimental basado en el laboratorio. El sistema es automatizado usando un microcontrolador programable y personalizable utilizando 3D piezas impresas. Estantes de impresos mantienen en lugar de tubos que contienen células de nido de abeja después de un BB de metal. Sobre la aparición, el BB de metal es liberado de la rejilla, pasando a través de un sensor de infrarrojos la fecha y hora de aparición en una tarjeta SD de grabación. El diseño actual está optimizado para M. rotundata, pero con ajustes menores podría ser adaptado para otras especies de insectos.

<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

Sistemas existentes para medir patrones de aparición de insectos tienen limitaciones; sólo parcialmente están automatizadas y se limita el número máximo de insectos emergentes puede detectar. Para obtener la medición precisa de la aparición de insectos, es necesario para los sistemas semiautomatizados y capaz de medir grandes cantidades de insectos emergentes. Hemos tratado estos temas de diseño y construcción de un sistema que es automatizado y puede medir la aparición de hasta 1200 insectos. Modificamos el sistema existente de "caer-ball" con microcontroladores Arduino para automatizar la recogida de datos y ampliar el tamaño de la muestra a través de múltiples canales de datos. Múltiples canales de datos que el usuario no sólo aumentar su tamaño de la muestra, pero también permite múltiples tratamientos para ejecutarse simultáneamente en un solo experimento. Además, hemos creado un script de R para visualizar automáticamente los datos como un diagrama de burbuja, mientras también calcular el medio día y hora de aparición. El sistema actual fue diseñado utilizando impresión 3D para que el usuario puede modificar el sistema para ajustarse a diferentes especies de insectos. El objetivo de este protocolo es investigar asuntos importantes en la fisiología de la cronobiología y estrés, utilizando este sistema preciso y automatizado para medir patrones de aparición de insectos.

Aparición de M. rotundata es asincrónica sin exposición a una señal ambiental, con aparición que ocurre uniformemente en todo el día4. Sin embargo, cuando se expone a una onda cuadrada TERMOPERIODOS (termoperíodo de 4° C), aparición se convierte sincrónica a la thermophase4,5. Este resultado es similar a otros estudios donde se han encontrado insectos utilizar termoperíodo señales para regular la aparición, incluyendo la mosca de la carne Sarcophaga crassipalpis6, la mosca de la cebolla Delia atiqua7 y picudo del algodonero Anthonomus grandis grandis8. Un estudio ha demostrado que el estrés durante el desarrollo afecta a la sincronía de aparición adulta en S. crassipaplpis9. Presentamos resultados de M. rotundata que fueron expuestos a un estrés durante el desarrollo, para probar la hipótesis de que este tratamiento hace que la desincronización de aparición adulta.
Exitoso funcionamiento
El usuario debe ver la pantalla LCD antes de abrir la incubadora para asegurarse de que ya no emergen insectos. Una vez terminado el experimento, se retira la tarjeta SD y los datos pueden exportarse a RStudio como un archivo delimitado por comas para visualizarse como un diagrama de burbuja, como se describió anteriormente. Figura 8 muestra la aparición de la abeja bajo un termoperíodo de 4 ° C después de la exposición a un estrés frío durante el desarrollo. El punto de mira rojo indica la mediana de tiempo y día de la aparición y el nombre del archivo es el título. Este script de R debe utilizarse para visualizar los datos, pero no debe servir como el único análisis. Para analizar la respuesta de emergencia a una señal ambiental, los datos pueden analizarse para rhythmicity (Ver análisis).
Complicación
Cuando un sensor está obstruido con metal BBs, la falta de una señal se cuenta repetidamente, dando lugar a múltiples puntos de datos falsos. Figura 9 se muestra el mismo conjunto de datos presentado en la figura 8, pero con uno de los seis canales obstruidos con BBs, creando la burbuja grande en el gráfico. En el caso de un sensor de obstrucción, los datos de este canal se pueden quitar fácilmente del análisis. La incorporación de múltiples canales en un experimento es beneficiosa en minimizar el impacto de un sensor de obstrucción.
Análisis
Análisis de los datos de presencia de sincronización pueden hacerse mediante el cálculo de "parámetro R," una estadística escalar que identifica si es rítmico o arrítmico10,11,12. Esto se hace calculando el mayor número de adultos emergentes en una ventana de 8 horas, dividiendo este número por el número de adultos emergentes fuera de la ventana de 8 horas, luego multiplicando por 100. Todas las personas que deben combinarse para calcular el número de adultos emergentes de cada hora del día. El rango teórico del parámetro R es de 0 (aparición todo ocurre dentro de la puerta) a 200 (aparición se distribuye uniformemente durante todo el día)10. R valores < 60 se consideran aparición rítmica, 60 < R < 90 son débilmente rítmica y R > 90 son arrítmicos. Valores de R > 150 indican distribución de emergencia10uniforme. La figura 8 muestra que es rítmico con parámetro R = 20,21 < 60. Debido a que este tipo de datos se distribuye alrededor de un reloj de 24 horas repetición, estadística circular debe emplearse para un análisis más robusto (descrito en detalle en Bennett et al., 20185). Esto puede lograrse a través de paquetes de estadística circular disponibles de RStudio (paquete 'circular'-CRAN. R-Project.org).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig1.jpg"> Figura 1: aditivo fabricado componentes. Filamento PLA, 3D impresión las piezas requeridas para el sistema. Para cada canal se construye, piezas necesarias son colector colector 1 (verde), 1 tapa (rojo), plataforma 6 soporta (naranja), estante de tubo de 4 placas base (púrpuras) y las 4 placas tubo bastidor cara (amarillo). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig2.jpg"> Figura 2: tubo de montaje de plataforma de rack. Utilice pegamento caliente para armar dos plataformas de rejilla de tubo por el canal se construye. Utilice tres soportes de la plataforma (se muestra en color naranja) con una sección de plástico corrugado (se muestra en gris). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig3.jpg"> Figura 3: radiografía múltiple colector. Inserte un detector infrarrojo en un zócalo de colector (mostrado en azul) y el emisor en la segunda toma (mostrado en rojo). Pase los cables del detector a través del canal de cableado (se muestra en amarillo) y tirar todos los cuatro cables a través del orificio de acceso (resaltado en verde). Asegúrese de que no se toquen cables pelados, con pegamento caliente para fijar en lugar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig4.jpg"> Figura 4: conector cableado. Esquema de conexión para el conector RJ45 antes de la colocación para el múltiple del colector, como se ve en la parte inferior del gato y la tabla de cableado para la conexión de la pantalla LCD al procesador central. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig5.jpg"> Figura 5: montaje del colector de la bola. Con una tapa (mostrado en rojo), un colector múltiple (mostrado en verde) y un 24 x 30 cm pieza de plástico corrugado (se muestra en gris claro) montar la cáscara de la Asamblea de colector de bolas. Utilice una pieza de 8 x 27 cm de plástico corrugado (se muestra en gris oscuro) para agregar una rampa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig6.jpg"> Figura 6: placa PCB procesador Central. La placa PCB para el procesador central consiste en una capa inferior (mostrado en verde), una capa superior (mostrado en rojo) y una capa de serigrafía (mostrado en azul). La soldadura hembra encabezados los orificios de paso a través de todo, excepto aquellos para los conectores RJ45 (a lo largo de la parte inferior) y para las resistencias de pull-down (directamente encima de las teclas RJ45). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig7.jpg"> Figura 7: Montaje Final. Cuando esté en uso, el aparato debe ser montado con una plataforma de rejilla de tubo en cada lado de cada colector de bolas se utiliza. Gradillas con placas frontales adjuntadas deben colocarse para que estén en el mismo borde de la plataforma de rejilla de tubo, reduciendo la posibilidad de caer municiones despedir apagado de los aparatos. La huella del aparato montado es de aproximadamente 25 cm x 35 cm, con una altura de 20 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig7large.jpg" target="_blank">haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig8.jpg"> Figura 8: gráfica de una corrida experimental típico después de un tratamiento en R. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig9.jpg"> Figura 9: gráfica de un experimento que sufrió de un detector tapado, como se muestra en la burbuja relativamente grande en el día 4. El canal obstruido puede extraerse con el análisis, de tal modo preservando los puntos restantes. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig9large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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

Medición de patrones de aparición de insectos requiere precisión. Los sistemas existentes son sólo semiautomático y muestra el tamaño es limitado. Abordamos estas cuestiones mediante el diseño de un sistema con microcontroladores para medir con precisión el momento de la aparición de un gran número de insectos emergentes.

Un sistema preciso y autónomo para la detección de patrones de aparición de insectos

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

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la cronobiología y la fisiología del estrés, como qué señales afectan el momento de la aparición de insectos. La principal ventaja de esta técnica es que está automatizada, y se puede utilizar para medir la aparición de un gran número de insectos. Las siguientes partes son necesarias para cada canal que se está construyendo.Un colector, una tapa de extremo, seis soportes de plataforma, cuatro placas base de rack de tubo y cuatro placas frontales de bastidor de tubo. Con tres soportes de plataforma y una pieza de plástico corrugado de 33 por 30 centímetros, utilice pegamento caliente para ensamblar dos plataformas de rack de tubo por canal que se está construyendo. Instale la electrónica en el colector soldando primero una resistencia de 120 ohmios al ánodo tanto del emisor infrarrojo como del detector infrarrojo y un cable eléctrico de cinco centímetros de longitud de calibre 22 a ambos cátodos.Inserte cuidadosamente el detector en una toma del colector y el emisor en la segunda toma. Ambos componentes deben encajar perfectamente. Alimente los cables del detector a través del canal de cableado y tire de ambos cables a través del orificio de acceso.Soldar los cuatro cables a un conector Ethernet RJ45 utilizando la fila posterior de pines. Ambos ánodos deben ser soldados al pasador más a la izquierda, el cátodo del emisor al pasador más a la derecha, y el cátodo del detector a cualquiera de los pines centrales. Asegure el conector RJ45 sobre el orificio de acceso del colector con pegamento caliente, asegurando que no haya cables desnudos que toquen dentro del colector.A continuación, comience la construcción del procesador central para el sistema soldando encabezados hembra en los orificios pasante etiquetados para Arduino nano, temp, reloj y módulo SD. Además, soldar un cabezal hembra en el orificio de dos por cinco a través sin etiquetar en la esquina superior izquierda de la placa PCB para la pantalla LCD. Apriete y suelde seis tomas RJ45 a lo largo del borde inferior de la placa PCB.Soldar seis resistencias desplegables de 470 kilos ohmios en los sitios de orificios pasante, situados justo encima de las tomas RJ45. Instale el sensor de temperatura y humedad Arduino nano, DHT, el reloj y el módulo SD en la placa PCB. Por último, conecte un cable de cinta de diez conectores al conector de pantalla LCD de la placa PCB.Una vez que el sistema de detección se ha montado, cargue y coloque dos bastidores inmediatamente antes de ejecutar un experimento. En primer lugar, asegúrese de que todos los orificios del bastidor contengan un tubo de micro centrífuga de 0,5 mililitros con la tapa quitada, y que los tubos encajen perfectamente. Llene cada tubo con una célula de cría de insectos, asegurándose de que el lado plano del borde esté mirando hacia la abertura.A continuación, añadir un pellet suave de aire, y finalmente, un BB de metal. A continuación, utilice tornillos de nylon de un cuarto de pulgada para colocar la placa frontal del portatubos, con el borde redondeado hacia la parte inferior del bastidor. Coloca los bastidores de tubos en la plataforma del bastidor. Comience con las aberturas hacia arriba, y luego gire suavemente en su lugar para asegurarse de que los BBs de metal no se liberan.Los bastidores deben colocarse en el borde de la plataforma para que un BB metálico pueda caer libremente en el colector sin rebotar contra otra porción de la estructura. Inserte una tarjeta SD en el adaptador y, a continuación, inicie el procesador central conectando un conector micro-USB en el Arduino y el otro extremo en cualquier adaptador USB adecuado. La pantalla LCD mostrará los números del uno al seis cuando esté listo.Suelte un solo BB metálico en el colector de bolas de cada canal y observe si el recuento correspondiente aparece en la pantalla, y para el momento correcto para mostrar en la parte inferior de la pantalla. Después de que todos los insectos han surgido, apague el aparato desenchufando el Arduino. Los bastidores se pueden desmontar y limpiar para su reutilización.Durante el experimento de emergencia, los datos se almacenan en la tarjeta SD en un archivo delimitado por comas. Utilice la tarjeta SD para transferir datos al ordenador y RStudio para generar automáticamente trazados de burbujas de los datos. Los datos de eventos y temperatura se guardan en el mismo archivo para la integridad de los datos.Antes del análisis, importe el archivo delimitado por comas en un programa de hoja de cálculo. Las columnas I y J son la fecha y hora de aparición de las abejas. Consértalas en las columnas A y B cortando y pegando las columnas A a E en una segunda hoja de cálculo, y guárdelas como un archivo independiente de datos de temperatura para su posterior análisis.Esta cifra muestra la aparición de las abejas en un termorresío de cuatro grados después de la exposición a un estrés frío durante el desarrollo. Esta figura muestra el mismo conjunto de datos que acaba de ver, pero con uno de los seis canales obstruidos con BBs, creando la burbuja grande en el gráfico, ya que la falta de señal se cuenta repetidamente. Los datos de este canal se pueden eliminar de forma justificable del análisis.Al intentar este procedimiento, es importante recordar comprobar todas las piezas soldadas para asegurarse de que las conexiones funcionan. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la cronobiología y la fisiología del estrés exploraran qué señales afectan el momento de la aparición en las abejas solitarias.

Research

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