Name: building an enhanced flight mill for the study of tethered insect flight
Uploaded: 2021-03-10T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight at JoVE.com

Jag vill tacka Meredith Cenzer för att ha köpt allt flygverksmaterial och gett kontinuerlig feedback från konstruktionen till uppskrivningen av projektet. Jag tackar också Ana Silberg för hennes bidrag till standardize_troughs.py. Slutligen tackar jag Media Arts, Data, and Design Center (MADD) vid University of Chicago för tillstånd att använda sin gemensamma makerspace-utrustning, teknik och förnödenheter gratis.

1. Bygg flygkvarnen i ett Makerspace
<ol><li>Laserskuren och montera stödstrukturen i akrylplast.<ol>
<li>Använd 8 (304,8 mm x 609,6 mm x 3,175 mm) tjocka genomskinliga akrylskivor för att konstruera stödstrukturen i akrylplast. Se till att materialet inte är polykarbonat, vilket liknar akryl utan smälter istället för att skäras under lasern.</li>
		<li>Leta reda på laserskäraren i makerspace. Detta protokoll förutsätter att makerspace har en laserskärare som refereras i materialregistret...

<ol>
	<li>Krogh, A., Weis-Fogh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roundabout+for+studying+sustained+flight+of+locusts.">Roundabout for studying sustained flight of locusts.</a> Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).</li><li>Hocking, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+intrinsic+range+and+speed+of+flight+of+insects.">The intrinsic range and speed of flight of insects.</a> Transactions of the Royal Entomological Society of London. 104 (8), 223 (1953).</li><li>Chambers, D. L., O'Connell, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flight+mill+for+studies+with+the+mexican+fruit+fly.">A flight mill for studies with the mexican fruit fly.</a> Annals of the Entomological Society of America. 62 (4), 917-920 (1969).</li><li>Chambers, D. L., Sharp, J. L., Ashley, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tethered+insect+flight:+A+system+for+automated+data+processing+of+behavioral+events.">Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events.</a> Behavior Research Methods &amp; Instrumentation. 8 (4), 352-356 (1976).</li><li>Naranjo, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+insect+flight+behavior+in+the+laboratory:+a+primer+on+flight+mill+methodology+and+what+can+be+learned.">Assessing insect flight behavior in the laboratory: a primer on flight mill methodology and what can be learned.</a> Annals of the Entomological Society of America. 112 (3), 18 (2019).</li><li>Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+aerodynamics+of+flight+in+an+insect+flight-mill.">The aerodynamics of flight in an insect flight-mill.</a> PLoS ONE. 12 (11), 0186441 (2017).</li><li>Pollack, G. S., Martins, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+and+hearing:+Ultrasound+sensitivity+differs+between+flight-capable+and+flight-incapable+morphs+of+a+wing-dimorphic+cricket+species.">Flight and hearing: Ultrasound sensitivity differs between flight-capable and flight-incapable morphs of a wing-dimorphic cricket species.</a> The Journal of Experimental Biology. 210, 3160-3164 (2007).</li><li>Koehler, C., Liang, Z., Gaston, Z., Wan, H., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+reconstruction+and+analysis+of+wing+deformation+in+free-flying+dragonflies.">3D reconstruction and analysis of wing deformation in free-flying dragonflies.</a> The Journal of Experimental Biology. 215, 3018-3027 (2012).</li><li>Behm, J. E., Waite, B. R., Hsieh, S. T., Helmus, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benefits+and+limitations+of+three-dimensional+printing+technology+for+ecological+research.">Benefits and limitations of three-dimensional printing technology for ecological research.</a> BMC Ecology. 18, 1-13 (2018).</li><li>Sheridan, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+in+the+making:+A+comparative+case+study+of+three+makerspaces.">Learning in the making: A comparative case study of three makerspaces.</a> Harvard Educational Review. 84, 505-531 (2014).</li><li>Khalifa, S., Brahimi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Makerspace:+A+novel+approach+to+creative+learning.">Makerspace: A novel approach to creative learning.</a> Institute of Electrical and Electronics Engineers Xplore. 1, 43-48 (2017).</li><li>Smay, D., Walker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Makerspaces:+A+creative+approach+to+education.">Makerspaces: A creative approach to education.</a> Teacher Librarian. 42, 39-43 (2015).</li><li>Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+flight+mill+for+the+study+of+tethered+flight+in+insects.">A simple flight mill for the study of tethered flight in insects.</a> Journal of Visualized Experiments. 106, e53377 (2015).</li><li>Reynolds, D. R., Riley, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote-sensing,+telemetric+and+computer-based+technologies+for+investigating+insect+movement:+A+of+existing+and+potential+techniques.">Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: A of existing and potential techniques.</a> Computers and Electronics in Agriculture. 35 (2-3), 271-307 (2002).</li><li>Davis, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geographic+patterns+in+the+flight+ability+of+a+monophagous+beetle.">Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle.</a> Oecologia. 69, 407-412 (1986).</li><li>Taylor, R. A. J., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+performance+of+Agrilus+planipennis+(Cleoptera:+Buprestidae)+on+a+flight+mill+and+in+free+flight.">Flight performance of Agrilus planipennis (Cleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight.</a> Journal of Insect Behavior. 23, 128-148 (2010).</li><li>Irvin, N. A., Hoddle, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+the+flight+capabilities+of+fed+and+starved+Allograpata+obliqua+(Diptera:+Syrphidae),+a+natural+enemy+of+Asian+citrus+psyllid,+with+computerized+flight+mills.">Assessing the flight capabilities of fed and starved Allograpata obliqua (Diptera: Syrphidae), a natural enemy of Asian citrus psyllid, with computerized flight mills.</a> Florida Entomologist. 103 (1), 139-140 (2020).</li><li>Minter, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+tethered+flight+technique+as+a+tool+for+studying+life-history+strategies+associated+with+migration+in+insects.">The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects.</a> Ecological Entomology. 43 (4), 397-411 (2018).</li><li>Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variation+in+body+size+and+flight+performance+in+milkweed+bugs+(Oncopeltus).">Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus).</a> Evolution. 34 (2), 371-385 (1980).</li><li>Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abdominal+color+of+the+Asian+citrus+psyllid+(Hempitera:+Liviidae)+is+associated+with+flight+capabilities.">Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hempitera: Liviidae) is associated with flight capabilities.</a> Annals of the Entomological Society of America. 107 (4), 842-847 (2014).</li><li>Chen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+capacity+of+Bactrocera+dorsalis+(Diptera:+Tephritidae)+adult+females+based+on+flight+mill+studies+and+flight+muscle+ultrastructure.">Flight capacity of Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) adult females based on flight mill studies and flight muscle ultrastructure.</a> Journal of Insect Science. 15 (1), 141 (2015).</li><li>Guo, J., Li, X., Shen, X., Wang, M., Wu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+performance+of+Mamestra+brassicae+Noctuidae)+under+different+biotic+and+abiotic+conditions.">Flight performance of Mamestra brassicae Noctuidae) under different biotic and abiotic conditions.</a> Journal of Insect Science. 20 (1), 1-9 (2020).</li><li>Johnson, M. W., Toscano, N. C., Jones, V. P., Bailey, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+ultrasonic+actograph+for+monitoring+activity+of+lepidopterous+larvae.">Modified ultrasonic actograph for monitoring activity of lepidopterous larvae.</a> Proceedings of the Hawaiian Entomological Society. 27, 141-146 (1986).</li><li>Cheng, X., Sun, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wing-kinematics+measurement+and+aerodynamics+in+a+small+insect+in+hovering+flight.">Wing-kinematics measurement and aerodynamics in a small insect in hovering flight.</a> Scientific Reports. 6, 25706 (2016).</li><li>Holland, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersal+kernel+determines+symmetry+of+spread+and+geographical+range+for+an+insect.">Dispersal kernel determines symmetry of spread and geographical range for an insect.</a> International Journal of Ecology. 2009, 4 (2009).</li><li>Frouz, J., Kindlmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Source-sink+colonization+as+a+possible+strategry+of+insects+living+in+temporary+habitats.">Source-sink colonization as a possible strategry of insects living in temporary habitats.</a> PLoS ONE. 10 (6), 1-10 (2015).</li><li>Ventola, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Medical+applications+for+3D+printing:+Current+and+projected+uses.">Medical applications for 3D printing: Current and projected uses.</a> Pharmacy &amp; Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).</li><li>Mart&#237;-Campoy, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+computerized+flight+mill+device+to+measure+the+flight+potential+of+different+insects.">Design of a computerized flight mill device to measure the flight potential of different insects.</a> Sensors (Basel). 16 (4), 1-21 (2016).</li><li>Dubois, G. F., Vernon, P., Brustel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flight+mill+for+large+beetles+such+as+Osmoderma+eremita+(Cleoptera:+Cetoniidae).">A flight mill for large beetles such as Osmoderma eremita (Cleoptera: Cetoniidae).</a> Saproxylic Beetles. Their Role and Diversity in European Woodland and Tree Habitats. 14, 219-224 (2009).</li><li>Webster, M. N., Doner, J. P., Wikstrom, V., Lugt, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grease+degradation+in+R0F+bearing+tests.">Grease degradation in R0F bearing tests.</a> Tribology Transactions. 50 (2), 187-197 (2007).</li><li>Jones, H. B. C., Lim, K. S., Bell, J. R., Hill, J. K., Chapman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+interspecific+variation+in+dispersal+ability+of+noctuid+moths+using+an+advanced+tethered+flight+technique.">Quantifying interspecific variation in dispersal ability of noctuid moths using an advanced tethered flight technique.</a> Ecology and Evolution. 6 (1), 181-190 (2016).</li><li>Walker, M., Humphries, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing:+applications+in+evolution+and+ecology.">3D Printing: applications in evolution and ecology.</a> Ecology and Evolution. 9 (7), 4289-4301 (2019).</li><li>Shahrubudin, N., Lee, T. C., Ramlan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+overview+of+3D+printing+technology:+technological,+materials,+and+applications.">An overview of 3D printing technology: technological, materials, and applications.</a> Science Direct. 35, 1286-1296 (2019).</li><li>Taylor, R. A. J., Nault, L. R., Styer, W. E., Cheng, Z. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer-monitored,+16-channel+flight+mill+for+recording+the+flight+of+leafhoppers+(Homoptera:+Auchenorrhyncha).">Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha).</a> Journal of the Entomological Society of America. 85 (5), 627-632 (1992).</li><li>Nachtigall, W., Hanauer-Thieser, U., M&#246;rz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+of+the+honey+bee+VII:+Metabolic+power+versus+flight+speed+relation.">Flight of the honey bee VII: Metabolic power versus flight speed relation.</a> Journal of Comparative Physiology B. 165, 484-489 (1995).</li><li>Hardie, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+behavior+in+migrating+insects.">Flight behavior in migrating insects.</a> Journal of Agricultural Entomology. 10 (4), 239-245 (1993).</li><li>Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tethered+and+untethered+flight+by+Lyrgus+Hesperus+and+Lygus+lineolaris+(Heteroptera:+Miridae).">Tethered and untethered flight by Lyrgus Hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae).</a> Environmental Entomology. 33 (5), 1389-1400 (2004).</li></ol>

Den enkla, moderna flygkvarnen ger en rad fördelar för forskare som är intresserade av att studera tjudrad insektsflygning genom att leverera en pålitlig och automatiserad design som testar flera insekter effektivt ochkostnadseffektivt 13,31,35. På samma sätt finns det ett starkt incitament för forskare att anta snabb framväxande teknik och tekniker från industrin och andra vetenskapliga områden som ett sätt att bygga...

Med tanke på hur svårbehandlad spridningen av insekter är på fältet har flygkvarnen blivit ett vanligt laboratorieverktyg för att ta itu med ett viktigt ekologiskt fenomen - hur insekter rör sig. Som en följd av detta, sedan pionjärerna i flygkvarnen1,2,3,4 inledde sex decennier av flygkvarnsdesign och konstruktion, har det varit märkbara designskiften när tekniken förbättrades och blev mer integrerad i vetenskapliga samhällen. Med tiden ersatte automatiserad datainsamlingsprogramvara diagraminspelare, och flygkvarnsarmar övergick från glasstänger till kolstänger och stålrör5. Bara under det senaste decenniet har magnetiska lager ersatt Teflon- eller glaslager som optimalt friktionsfria, och par mellan flygverksmaskiner och mångsidig teknik har ökat i takt med att ljud-, bild- och lagertillverkningstekniken blir alltmer integrerad i forskarnas arbetsflöden. Dessa parningar har inkluderat höghastighetsvideokameror för att mäta ving aerodynamik6, digitala till analoga brädor för att efterlikna sensoriska signaler för att studera hörselflygsvar7och 3D-utskrift för att göra en kalibreringsrigg för att spåra vingdeformation under flygning8. Med den senaste tidens ökning av framväxande teknik på makerspaces, särskilt vid institutioner med digitala mediecentra som drivs av kunnig personal9, finns det större möjligheter att förbättra flygkvarnen för att testa ett större utbud av insekter och att transportera enheten till fältet. Det finns också en stor potential för forskare att tvärvetenskapliga gränser och påskynda tekniskt lärande genom produktionsbaserat arbete9,10,11,12. Flygkvarnen som presenteras här (anpassad från Attisano och kollegor13) drar nytta av framväxande teknik som finns i makerspaces för att inte bara 1) skapa flygkvarnskomponenter vars vågar och dimensioner finjusteras till det tillgängliga projektet utan också 2) erbjuder forskare ett tillgängligt protokoll inom laserskärning och 3D-utskrift utan att kräva en högbudget eller någon specialiserad kunskap inom datorstödd design (CAD).
Fördelarna med att koppla ny teknik och nya metoder till flygverket är betydande, men flygkvarnar är också värdefulla fristående maskiner. Flygkvarnar mäter insektsflygningsprestanda och används för att bestämma hur flyghastighet, avstånd eller periodicitet relaterar till miljömässiga eller ekologiska faktorer, såsom temperatur, relativ luftfuktighet, säsong, värdväxt, kroppsmassa, morfologiska egenskaper, ålder och reproduktiv aktivitet. Till skillnad från alternativa metoder som aktografer, löpband och videoinspelning av flygrörelser i vindtunnlar och inomhusarenor14, är flygverket anmärkningsvärt för sin förmåga att samla in olika flygprestandastatistik under laboratorieförhållanden. Detta hjälper ekologer att ta itu med viktiga frågor om flygspridning, och det hjälper dem att utvecklas i sin disciplin - oavsett om det är integrerad skadedjursbekämpning15,16,17, populationsdynamik, genetik, biogeografi, livshistoriska strategier18eller fenotypisk plasticitet19,20,21,22 . Å andra sidan kan enheter som höghastighetskameror och aktografer kräva en strikt, komplicerad och dyr installation, men de kan också leda till mer finjusterade rörelseparametrar, såsom vingslagsfrekvenser och insektsfotofasaktivitet23,24. Således fungerar flygkvarnen som presenteras här som ett flexibelt, prisvärt och anpassningsbart alternativ för forskare att undersöka flygbeteende.
På samma sätt fortsätter incitamentet att integrera ny teknik i ekologernas arbetsflöde att öka i takt med att frågor och metoder för att studera spridning blir mer kreativa och komplexa. Som platser som främjar innovation drar makerspaces in flera nivåer av expertis och erbjuder en låg inlärningskurva för användare i alla åldrar att förvärva nya tekniska färdigheter10,12. Den iterativa och samarbetsinriktade karaktären hos prototyper av vetenskapliga enheter i makerspace och genom öppna källor online kan påskynda tillämpningen av teori11 och underlätta produktutveckling inom ekologiska vetenskaper. Dessutom kommer en ökad reproducerbarhet av vetenskapliga verktyg att uppmuntra till bredare datainsamling och öppen vetenskap. Detta kan hjälpa forskare att standardisera utrustning eller metoder för att mäta spridning. Standardiseringsverktyg kan ytterligare göra det möjligt för ekologer att förena spridningsdata mellan populationer för att testa metapopulationsmodeller som utvecklas från dispersionskärnor25 eller koloniseringsdynamik för källsänka26. Precis som hur det medicinska samfundet antar 3D-utskrift för patientvård och anatomiutbildning27, kan ekologer använda laserskärare och 3D-skrivare för att omforma ekologiska verktyg och utbildning och, inom ramen för denna studie, kan designa ytterligare flygkvarnskomponenter, såsom landningsplattformar eller en flygkvarnsarm som kan röra sig vertikalt. Anpassningen, kostnadseffektiviteten och den ökade produktiviteten som erbjuds av makerspace-teknik kan i sin tur hjälpa till att starta spridningsprojekt med en relativt låg barriär för forskare som avser att utveckla sina egna verktyg och enheter.
För att konstruera denna flygkvarn finns det också mekaniska och instrumentella begränsningar som kan övervägas av tillverkaren. Magneter och 3D-printade förbättringar gör att flygkvarnen i huvudsak är limfri, med undantag för byggandet av tvärkonsolerna, och att vara ackommodabel för insekter av olika storlekar. Men när massan och insektens styrka ökar kan insekter vara mer benägna att demontera sig medan de är fastbundna. Starka magneter kan användas på bekostnad av ökat vridmotstånd, eller kullager kan ersätta magnetiska lager som en robust lösning för flygtestinsekter som väger flera gram28,29. Ändå kan kullager också innebära vissa problem, främst att långvariga experiment med höga hastigheter och höga temperaturer kan försämra smörjningen av kullager, vilket ökarfriktionen 30. Således måste användarna urskilja vilken flygkvarnmekanik som bäst passar deras insekter av studier och experimentell design.
På samma sätt finns det flera sätt att instrumentera ett flygverk som ligger utanför detta dokuments överväganden. Flygkvarnen som presenteras här använder IR-sensorer för att upptäcka revolutioner, WinDAQ-programvara för att spela in revolutioner och programmeringsskript för att bearbeta rådata. Även om det är lätt att använda, har WinDAQ-programvaran ett begränsat utbud av verktyg tillgängliga. Användare kan inte bifoga kommentarer till motsvarande kanal och de kan inte varnas om någon komponent i kretsarna misslyckas. Dessa fall löses genom att identifiera och korrigera dem via kod men först efter datainsamling. Alternativt kan användare anta mer än en programvara som erbjuder anpassningsbara datainsamlingsfunktioner28 eller sensorer som tar direkt hastighets- och avståndsstatistik, som cykelmilometrar29. Dessa alternativ kan dock kringgå värdefulla rådata eller diffusa funktioner i för många program, vilket kan göra databehandling ineffektiv. I slutändan, snarare än att omföra flygverksinstrumentering, erbjuder detta protokoll robusta programmeringslösningar för dagens programvarubegränsningar.
I detta dokument beskrivs en design för en förbättrad enkel flygkvarn för att hjälpa forskare i deras spridningsstudier och för att uppmuntra införlivandet av framväxande teknik inom beteendeekologi. Denna flygkvarn passar in i en inkubators begränsningar, rymmer upp till åtta insekter samtidigt och automatiserar datainsamling och bearbetning. I synnerhet gör dess 3D-printade förbättringar det möjligt för användaren att justera kvarnarms- och IR-sensorhöjderna för att testa insekter av olika storlekar och demontera enheten för snabb lagring eller transport. Tack vare institutionell tillgång till ett gemensamt makerspace var alla förbättringar gratis, och inga extra kostnader uppkom jämfört med den enkla, moderna flygkvarnen. All programvara som behövs är gratis, de elektroniska kretsarna är enkla och alla skript kan ändras för att följa de specifika behoven i den experimentella designen. Dessutom tillåter kodad diagnostik användaren att kontrollera integriteten och precisionen i sina inspelningar. Slutligen minimerar detta protokoll den stress som en insekt upprätthåller genom att magnetiskt måla och binda insekter till kvarnarmen. Eftersom monteringen av det enkla flygverket redan är tillgängligt, prisvärt och flexibelt kan användningen av makerspace-teknik för att förbättra det enkla flygverket ge forskare utrymme att övervinna sina egna specifika flygstudiebehov och kan inspirera kreativa flygkvarnsdesigner utöver detta dokuments överväganden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >180&#160;&#937; Resistor</td>
			<td >E-Projects</td>
			<td >10EP514180R</td>
			<td >Carbon film; stiff 24 gauge lead.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >19 Gauge Non-Magnetic Hypodermic Steel Tubing</td>
			<td>MicroGroup</td>
			<td>304H19RW&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >2.2 k&#937; Resistor</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td >2782</td>
			<td>Carbon film; stiff 24 gauge lead.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >3D Printer</td>
			<td>FlashForge</td>
			<td >700355100638</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >3D Printer Filament</td>
			<td>FlashForge</td>
			<td >700355100638</td>
			<td>Diameter 1.75 mm; 1kg/roll.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >3D Printing Slicing Software</td>
			<td>FlashPrint</td>
			<td>4.4.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Acrylic Plastic Sheets</td>
			<td>Blick Art Supplies</td>
			<td>28945-1006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Aluminum Foil</td>
			<td>Target</td>
			<td>253-01-0860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Breadboard Power Supply</td>
			<td>HandsOn Tech</td>
			<td>MDU1025</td>
			<td>Can take 6.5V to 12V input and can produce 3.3V and 5V.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DI-1100 USB Data Logger</td>
			<td>DATAQ Instruments</td>
			<td>DI-1100</td>
			<td>Has 4 differential armored analog inputs.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Electrical Wires</td>
			<td>Striveday</td>
			<td>B077HWS5XV</td>
			<td>24 gauge solid wire.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Entomological Pins</td>
			<td>BioQuip</td>
			<td>1208S2</td>
			<td>Size 2; diameter 0.45 mm.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Filtered 20 uL Pipette Tip</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>21-402-550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hot Glue Gun with Hot Glue</td>
			<td>Joann Fabrics</td>
			<td >17366956</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >IR Sensor</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td >2167</td>
			<td>This is the&#160;3 mm IR&#160;version; works up to 25 cm.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Large Clear Vinyl Tubing</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>T10007008</td>
			<td>Inner diameter 3/8 in; outer diameter 1/2 in; length 20 ft.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Large Magnets</td>
			<td>Bunting</td>
			<td>EP654</td>
			<td>Low-friction N42 neodymium; diameter 0.394 in; length 0.157 in; holding force 4.9 lb.&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Laser Cutter&#160;</td>
			<td>Universal Laser Systems&#160;</td>
			<td>PLS6.75</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >M5 Hex Nut</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td >204274112</td>
			<td>Thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >M5 Long Iron Screws</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td >204283784</td>
			<td>Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 20 mm; diameter 5 mm.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >M5 Short Iron Screws</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td >203540129</td>
			<td>Philips pan head; thread pitch 0.8 mm; screw length 10 mm; diameter 5 mm.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Neoprene Rubber Sheet</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>60DC16</td>
			<td>Length 12 in; width 12 in; depth 1/8in.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Online 3D Modeling Software</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>2019_10_14</td>
			<td>Tinkercad.com offers a free account.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Power Adaptor</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td >63</td>
			<td>9 VDC 1000mA regulated switching; input voltage DC 3.3V 5V.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Small Clear Vinyl Tubing</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>T10007005</td>
			<td>Inner diameter 1/4 in; outer diameter 3/8 in; 20 ft long.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Small Magnets</td>
			<td>Bunting</td>
			<td>N42P120060</td>
			<td>Low-friction N42 neodymium; diameter 0.120 in; length 0.060 in; holding force 0.5 lb.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Solderless MB-102 Breadboard&#160;</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td >239</td>
			<td>830 tie points; length 17 cm; width 5.5 cm; input voltage, DC 3.3 V 5 V.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sophisticated Finishes Iron Metallic Surfacer</td>
			<td>Blick Art Supplies</td>
			<td>27105-2584</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Wire Cutters</td>
			<td>Target</td>
			<td>&#160;84-031W</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

building an enhanced flight mill for the study of tethered insect flight

Makerspaces har en stor potential att göra det möjligt för forskare att utveckla nya tekniker och arbeta med nya arter inom ekologisk forskning. Detta protokoll visar hur man kan dra nytta av tekniken som finns i makerspaces för att bygga en mer mångsidig flygkvarn till en relativt låg kostnad. Med tanke på att denna studie extraherade sin prototyp från flygkvarnar byggda under det senaste decenniet, fokuserar detta protokoll mer på att beskriva skillnader från den enkla, moderna flygkvarnen. Tidigare studier har redan visat hur fördelaktigt flygkvarnar är för att mäta flygparametrar som hastighet, sträcka eller periodicitet. Sådana kvarnar har gjort det möjligt för forskare att associera dessa parametrar med morfologiska, fysiologiska eller genetiska faktorer. Utöver dessa fördelar diskuterar denna studie fördelarna med att använda tekniken i makerspaces, som 3D-skrivare och laserskärare, för att bygga en mer flexibel, robust och hopfällbar flygkvarnsdesign. Framför allt tillåter de 3D-utskrivna komponenterna i denna design användaren att testa insekter av olika storlekar genom att göra höjderna på kvarnarmen och infraröda (IR) sensorer justerbara. 3D-utskrifterna gör det också möjligt för användaren att enkelt demontera maskinen för snabb lagring eller transport till fältet. Dessutom använder denna studie större magneter och magnetisk färg för att binda insekter med minimal stress. Slutligen beskriver detta protokoll en mångsidig analys av flygdata genom datorskript som effektivt separerar och analyserar differentierbara flygförsök inom en enda inspelning. Även om det är mer arbetsintensivt, underlättar tillämpningen av de verktyg som finns tillgängliga i makerspaces och på online 3D-modelleringsprogram tvärvetenskapliga och processorienterade metoder och hjälper forskare att undvika kostsamma, färdiga produkter med snävt justerbara dimensioner. Genom att dra nytta av teknikens flexibilitet och reproducerbarhet i makerspaces främjar detta protokoll kreativ design av flygkvarnar och inspirerar till öppen vetenskap.

Flygdata erhölls experimentellt under vintern 2020 med hjälp av fältinsamlade J. haematoloma från Florida som modellinsekter (Bernat, A. V. och Cenzer, M. L. , 2020, opublicerade data). Representativa flygförsök genomfördes vid institutionen för ekologi och evolution vid University of Chicago, vilket framgår nedan i figur 6, figur 7, figur 8och figur 9. Flygkvarnen sattes upp i en inku...

Watch this Scientific Journal Video about Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight at JoVE.com

Building an Enhanced Flight Mill for the Study of Tethered Insect Flight

Detta protokoll använder tredimensionella (3D) skrivare och laserskärare som finns i makerspaces för att skapa en mer flexibel flygkvarnsdesign. Genom att använda denna teknik kan forskare minska kostnaderna, förbättra designflexibilitet och generera reproducerbart arbete när de konstruerar sina flygkvarnar för tjudrade insektsflygningsstudier.

Bygga en förbättrad flygkvarn för studier av tjudrad insektsflygning

Makerspaces have a high potential of enabling researchers to develop new techniques and to work with novel species in ecological research. This protocol ...

Detta protokoll kan användas för att bygga ett prisvärt och förbättrat flygverk med hjälp av makerspace-teknik, till exempel laserskärare och 3D-skrivare. Laserskärare och 3D-skrivare kan hantera invecklade konstruktioner så att du enkelt kan anpassa och reproducera din flygkvarn för att passa dina experimentella krav. Om du vill konstruera akrylstöden i ett makerspace öppnar du och skapar vektorgrafikredigerare och skapar filrader i RGB-läge med linjestrecket 0,0001 punkt där RGB-röda skär linjer och RGB-blå kantlinjerna.Som en försiktighetsåtgärd utforma kurvnyckeln som illustrerad. Följ makerspaces riktlinjer för att starta, använda och underhålla laserskäraren. I laserprogramvaran väljer du plast för materialet och akryl för materialtypen.För extra precision använd bromsoket för att mäta materialtjockleken och ange dess tjocklek i materialets tjockleksfält. Placera materialet i skrivarhålan och klipp kurvknappen. Använd kurvknappen för att bestämma kurvbredden och ta sedan hänsyn till kurvan för alla slits- och hålmätningar i akrylstöddesignen efter behov innan laserskärning av akrylstöden.För 3D-utskrift av plaststöden klickar du på 3D Designs och Skapa för att skapa en ny design. För att replikera dessa studier exakta 3D-utskrivna mönster, ladda ner arkivet 3D_Prints. zip och flytta mappen till skrivbordet.Öppna mappen. I online 3D-modelleringsprogrammet fungerar du på en vanlig webbsida, klickar på Importera och väljer alla stl-filer från mappen. För att själv skapa eller göra justeringar av designerna, följ webbplatsens tutorials.Gör ändringar och exportera de nya designerna som stl-filer. För att få spegeln av en design, klicka på objektet, klicka på M och välj pilen som motsvarar objektbredden. För 3D-utskrift dubbelklickar du på 3D-utskriften, skär programvaruikonen och väljer den objektfil som ska skrivas ut.Välj Skriv ut och maskintyp om du vill välja 3D-skrivare och dubbelklicka på flyttikonen för att justera objektpositionen. Klicka på plattformen för att säkerställa att modellen finns på plattformen. Och klicka på flytta och centrera för att placera objektet i mitten av byggområdet.När objektet är klart klickar du på Skriv ut för att spara utskriften som en gx-fil. Kalibrera sedan extrudern på 3D-skrivaren enligt standardprotokoll och bekräfta att det finns tillräckligt med filament för utskrift. När alla objekt har ändrats överför du gx-filerna till 3D-skrivaren och skriver ut alla stöd och förbättringar.Kontrollera vid varje utskrift att glödtråden fastnar ordentligt på plattan. Totalt åtta linjära styrskenor, 16 linjära styrskenblock, 12 till 20 skruvar, 15 tvärfästen, 16 magnethållare, 16 rörstöd, 16 korta linjära styrskenor och 16 långa stöd för styrningsskena bör 3D-printas för denna design. Efter montering av akrylväggarna sätter du in ett 30 millimeter långt plaströr i det övre rörstödet och ett 15 millimeter långt plaströr i bottenrörets stöd för varje cell.Sätt in ett 14 millimeter långt plaströr i det övre röret och ett 20 millimeter långt plaströr i bottenröret och se till att det finns tillräckligt stark friktion mellan rören för att hålla rören på plats utan att låta det inre röret glida upp och ner om det dras. Om några rör är skeva, sänk ner de skeva rörsegmenten i kokande vatten i en minut och räta ut rören på en handduk, så att materialen kan nå rumstemperatur innan de uträtade segmenten sätts in i rören. Placerade två neodymmagneter med låg friktion och ett inre rör i varje magnetstöd.Sätt fast det inre röret ordentligt i varje magnetstöd så att gravitationen som verkar på magneterna och magnetstödet inte är tillräckligt stark för att lossa materialen från det inre röret. Kontrollera om varje magnetpar stöter bort varandra. Med de linjära styrskenorna som båda är vända uppåt, skjut blocken in i den linjära styrskenan och sätt de linjära styrskenorna och blocken upprätt i fönstren på de yttre vertikala väggarna.Använd två korta linjära styrskenor, två långa linjära styrskenor, fyra 10 millimeter långa järnskruvar, två 20 millimeter långa järnskruvar och två hexmuttrar för att säkra en linjär styrskena på plats. För att konstruera den svängande armen, limma 19 gauge icke-magnetiska hypodermiska stålrör till pipettspetsaxeln och de två neodymmagneterna med låg friktion till pivotarmens böjda ände för att binda den metallmålade insekten för flygning. Linda in en bit aluminiumfolie på den oförbätterade änden av pivotarmen för att skapa en flaggmotvikt och för att bryta den infraröda strålen som skickas från den infraröda sensorsändaren till mottagaren.För att ställa in den infraröda sensorn och dataloggern placerar du den infraröda sensorsändaren inuti det övre linjära styrskenan med strålens sändare vänd nedåt och placera den infraröda sensormottagaren inuti det nedre blocket uppåt. För att magnetiskt tjudra insekter till flygkvarnsarmen för en flygförsök, applicera magnetisk färg på insektens pronotum och låt färgen torka i minst 10 minuter. När du är torr, fäst insekten på flygkvarnens armmagneter.När du har bifogat upp till åtta insekter klickar du på Arkiv och spela in i flightanalysprogramvaran, väljer platsen för inspelningsfilen i det första popup-fönstret och ser till att filnamnet innehåller inspelningsuppsättningsnumret och kanalbrevet och klickar OK.In nästa popup-fönster, anger den förväntade längden på flyginspelningen. När insekterna är på plats klickar du på OK för att börja spela in. I slutet av inspelningen trycker du på Kontroll S för att slutföra filen.Om du vill göra en händelsemarkörkommentar klickar du på kanalnumret och klickar på Redigera och infoga kommenterat märke, definierar kommentaren med identifikationsnumret för den nya insekten som kommer in i kammaren, klickar sedan på OK och laddar insekten i kammaren. När du har konverterat WDH-inspelningsfilerna till textformat och delat upp textfilerna efter händelsemarkörkommentarer öppnar du trough_diagnostic. png-fil som genereras i den Flight_scripts mappen och kontrollera att alla poster är robusta för förändringar i det lägsta och högsta spänningsvärdet för medelvärdets standardiseringsintervall.Om posterna är okej anger du alla användarinställningar och Spara och kör flight_analysis. py script. Om skriptkörningen lyckas skrivs motsvarande ID-nummer, kammare och beräknad flygstatistik för insekten ut i Python Shell.En bestående flight_stats_summary. csv-filen med informationen kommer också att skrivas ut i Python Shell i flight_scripts katalogdatamapp. Dessa representativa flygdata erhölls experimentellt under vintern 2020 med hjälp av fältinsamlade J Hemmat Aloma från Florida som modell.I den här uppsättningen försök registrerades flygdata framgångsrikt för alla kanaler utan brus eller störningar. I denna analys förlorades dock den inspelade signalen i kanal tre, som sänkte spänningen omedelbart till noll volt, möjligen på grund av korsningen av öppna ledningar eller lossning av ledningar. Som observerats för denna studie var trågdiagnostikdata som genererades av varje revolution av flygkvarnsarmen robusta, vilket indikerar att de till stor del avvek från filernas medelspänning.I denna analys som standardiseringsintervallet runt medelvärdet ökade, uppvisade antalet identifierade tråg liten förändring, vilket tyder på minimal spänningsbrus och en noggrann standardisering. I motsats till denna flygning var tråg antingen för känsliga eller hade extremistiskt spänningsljud som inte avvek till stor del från filens medelspänning. Som ett resultat minskade dess numrerar av tråg väsentligen, som standardiseringsintervallet runt om medelvärdet ökade.Individuella flygbeteenden kan ytterligare karakteriseras i fyra flygkategorier, bursts, bursts till kontinuerliga, kontinuerliga till bursts och kontinuerliga. Således kan användaren använda den här grafiska utdata för att bedöma en identifiera en allmän flyg beteende mönster trots unika variationer i enskilda spår. Ju fler insekter som kan testas, desto fler sätt kan fältet förstå hur insekter rör sig.Dessa metoder uppmuntrar också ekologer att använda ny teknik så att de kan bygga sina egna verktyg.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Tillverkning av enhetliga håligheter i nanoskala via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Snabb bildteknik för att studera Drop Impact Dynamics av ​​icke-newtonska vätskor

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Skalbara Nanohelices för Predictive Studier och Enhanced 3D visualisering

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

Omgivande Sätt för framställning av ett joniskt Gated Nanorör Common Cathode i Tandem organiska solceller

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Surface Enhanced Raman Spec detektion av biomolekyler Använda EBL Fabricated nanostrukturerade Substrat

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects

Ljus Enhanced fluorvätesyra Passive: En känslig teknik för att upptäcka Bulk Silicon Defekter

A procedure to measure the bulk lifetime (&#62;100 &#181;sec) of silicon wafers by temporarily attaining a very high level of surface passivation when ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Tillverkning och karakterisering av supraledande resonatorer

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

En Robotic plattform för att studera Foreflipper i Kalifornien sjölejon

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures

Experimentellt protokoll att bestämma klorid tröskelvärdet för korrosion i prover tagna från armerade betongkonstruktioner

The aging of reinforced concrete infrastructure in developed countries imposes an urgent need for methods to reliably assess the condition of these ...