一种检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置

1.本实用新型涉及一种检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，属于昆虫飞行行为的技术领域。


背景技术：

2.一般来讲，昆虫一生中的大部分时间要么在地面或其他物体的表面爬行，要么在空中飞行。飞行起始(flight initiation)是昆虫从地面移动到空中的关键行为，因为在起飞过程中，为了产生所需的提升力和推动力，昆虫机体必须进行复杂的肢体运动顺序的组织。如果机体内部组织不得当，昆虫将无法获得合适的起飞力。昆虫的翼可能在最初的拍打过程中撞击物体，并对翼片造成无法修复的损坏。由于飞行启动的关键性，对起飞过程中所采用的行为和神经系统的研究对于理解昆虫的各种行为至关重要。同样，对于开发机器昆虫特别重要。
3.大多数关于昆虫飞行起飞方面的研究都是通过提供强的外界刺激来诱导起飞的，如对悬挂的昆虫(其背部被粘在金属丝等物体上)施加气流，电击或者其他各种机械性刺激。后来，人们开始研究自由的，未被约束的昆虫(包括果蝇)的起飞行为。人们观察到，在周边无任何起飞障碍的条件下，黑腹果蝇至少可以通过两种不同的方式起飞(非威胁刺激下的自愿起飞和威胁刺激下的逃避起飞)。“自愿”起飞期间使用的飞行启动类型与“威胁”视觉刺激下使用的飞行启动类型有很大不同(trimarchi&schneiderman，1995)。一般来讲，昆虫的起飞是向前和向上飞，因此飞起来是需要一定斜角和水平距离，且前方不能有太高的障碍，否则撞击障碍物，将导致自毁。结合上文所述，前人的研发装置无论是通过束缚的方式，还是非束缚昆虫的方式，都是在飞行区周边无障碍条件下，需要专门的装置施加某种刺激(例如气流、黑影)下研究的常规起飞行为及其触发机制。经检索发现，现有技术中尚无一种在高壁障下，在无强烈的外界刺激下(例如气流、黑影)，研究昆虫自愿、自主短距极限起飞行为的装置，用于检测昆虫个体自主短距起飞能力，选拔短距起飞优胜昆虫个体，可为后续的各种昆虫极限飞行观察以及机器昆虫的仿生设计奠定技术基础。
4.为了在无强烈的外界刺激下(例如气流、黑影)，在高壁障下，检测昆虫个体自主短距起飞能力，需要开发一种不给予强烈视觉或其他强烈刺激诱导的起飞装置。但是，如何实现？经过反复思考和测试，发明人偶然发现利用昆虫负趋地性的本能似乎可以完成自主短矩起飞。当昆虫在地面时，会较快地通过向上攀爬行为或通过起飞行为离开地面。发明人也针对“飞行障碍”的问题展开了设计和尝试。首先制造了一个大直径的、直立、透明的中空的管状结构，上端开口(昆虫飞出口)，下端开口倒扣在水平桌面上。根据观察，昆虫起飞时需要一定的角度和摩擦力。发明人观察到昆虫在直立、透明的管状结构内，昆虫既可在桌面爬行，也可沿壁向上攀爬，也可自由飞行，随时飞出，如入无人之境。管内昆虫的行为非常复杂，短距离自主极限起飞实验不成功。


技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本实用新型提供一种检测昆个体自主短距起飞能力的装置，解决以上技术问题。
6.经过长时间观察思考和测试，发明人发现设计的施加刺激必须使得昆虫尽量地“专心致志”，刺激其飞行本能的释放。基于负趋地性，发明人思考在圆柱管的内侧面，涂抹淀粉等滑性粉末，阻止昆虫向上攀爬，使它呆在地面，从而刺激其飞行动机。这种设计为昆虫起飞提供第一种刺激。同时，为了进一步提高昆虫的内部驱动力，圆柱管内接近底部的狭窄高度(不能超过昆虫的体长)，不涂抹滑行粉末，维持正常，这种设计既使得昆虫有狭窄的空间可供附着，但活动空间极其受限，欲上却不能，这将进一步激发昆虫的起飞动机。值得一提的是，这些刺激既不靠专门的刺激装置(气流、黑影)施加，更不是威胁性的。为避免地面表面光滑对起飞带来的影响，地面覆盖有滤纸或其它粗糙介质，可进一步支持昆虫在地面的起飞。经测试，本装置可以很好地观察昆虫的自主起飞行为。同时，发明人进一步思考到将倒扣在地面的管内径变小，进一步刺激昆虫向上、离开地面的动机，进一步还思考到将壁障高不断地调整以观测试昆虫起飞成功率的变化，通过不断的尝试，发现在保证装置自主起飞的条件下，内径越小，壁障越高的条件下，就越能达到选拔短距离起飞优胜个体的目的。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，所述的装置由防逃逸箱和置于所述防逃逸箱内的短距起飞触发装置构成，所述的短矩起飞触发装置由培养皿及立在其上的中空圆柱管构成，所述的圆柱管透明，所述圆柱管的内侧面须涂抹一层淀粉等滑性粉末。这样设置的目的是在非威胁刺激下，在无风(气流)、有壁障条件下，可阻止昆虫向上攀爬而出，可刺激昆虫向上运动，激发昆虫自主起飞；直径小且不镂空的圆柱管(壁障)，既限制起飞的水平距离，也限制平面空气流直接进入圆柱管内，又提供壁障，保证起飞的极限障碍条件，所述的圆柱管透明可为摄录追踪飞行姿态提供便利。
9.进一步地，所述圆柱管的底部内侧面离培养皿底部的不超过昆虫体长的高度，不可涂抹滑性粉末。
10.进一步地，所述圆柱管的内径为4-6cm。圆柱管的内径是昆虫水平飞行的最短距离。所述述圆柱管的壁高为10-12cm。圆柱管的壁高是昆虫水平飞行的障碍，需要在合理范围内。根据飞行测试的要求或昆虫种类差异，圆柱管的壁高和内径可调整。
11.优选地，所述的培养皿底部覆盖有滤纸或其它粗糙介质。飞行地面保持粗糙，可支持昆虫起飞，保证昆虫起飞时保持一定的角度和摩擦力。
12.优选地，所述的防逃逸箱内还设置有摄像机，用于记录飞行数据。
13.经测试，本装置可以很好地观察昆虫的自主短距起飞行为，筛选优胜个体。可为后续的各种昆虫极限飞行观察以及机器昆虫的仿生设计奠定技术基础。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：
15.本实用新型基于昆虫行为学原理，巧妙设计，创新性地开发了一种在非威胁刺激下，在无风刺激下，在有壁障条件下，检测昆虫个体自主短距起飞能极限能力的装置，可选拔具有极限能力的优胜个体昆虫，可为后续的昆虫极限飞行观察以及机器昆虫的仿生设计奠定技术基础。本装置设计新颖、制造简单、成本低廉、操作简便。
附图说明
16.图1为本实用新型装置的结构示意图；
17.其中：1-防逃逸箱，2-圆柱管，3-滤纸，4-培养皿，5-圆柱管内壁滑性粉末。
具体实施方式
18.实施例1一种检测个体自主短距起飞能力的装置
19.一种检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，所述的装置由防逃逸箱和置于所述防逃逸箱内的短距起飞触发装置构成，所述的短矩起飞触发装置由培养皿及立在其上的中空圆柱管构成，所述的圆柱管透明，所述圆柱管的内侧面须涂抹一层淀粉等滑性粉末。这样设置的目的是在非威胁刺激下，在无风、有壁障条件下，可阻止昆虫向上攀爬而出，可刺激昆虫向上运动，激发昆虫自主起飞；直径小且不镂空的圆柱管，既限制起飞的水平距离，也限制平面空气流直接进入圆柱管内，又提供壁障，保证起飞的极限障碍条件，所述的圆柱管透明可为摄录追踪飞行提供便利。所述圆柱管的底部内侧面离培养皿底部的不超过昆虫体长的高度，不可涂抹滑性粉末。所述圆柱管的内径为4-6cm。圆柱管的内径是昆虫水平飞行的最短距离。所述述圆柱管的壁高为10-14cm。圆柱管的壁高是昆虫水平飞行的障碍，所述的培养皿底部覆盖有滤纸或其它粗糙介质，可支持昆虫起飞。所述的防逃逸箱内还设置有摄像机，用于追踪记录昆虫飞行等数据。
20.实施例2利用本装置检测双翅目桔小实蝇个体自主短距起飞能力的实验
21.桔小实蝇(bactrocera dorsalis(hendel))，属于双翅目(diptera)，实蝇科(tephritidate)，果实蝇属(bactrocera)。实验用桔小实蝇采自于云南元江县。所用桔小实蝇(10-15d)在室内温度为25
±
2℃，相对湿度为50-70％，光周期为12h：12h。新鲜的芒果青果供桔小实蝇产卵和幼虫取食发育，含卵芒果放置于铺有细沙的沙盘中，老熟幼虫在湿润细沙中化蛹。将蛹放入盛有湿润棉花的培养皿(直径为15cm)中，置于饲养箱内待其羽化。羽化后3d内进行性别鉴定，雌雄分别饲养在不同的笼子里(35
×
30
×
30cm)以防止交配，箱内放有两个培养皿，分别盛有酵母粉和糖水供实蝇食用。
22.橘小实蝇属于双翅目(diptera)，实蝇科，它个体远大于双翅目(diptera)，果蝇科的黑腹果蝇模式物种。个体大有利于行为学观察和昆虫极限飞行观察。本装置使用的圆柱管内径为4.5cm。所述述圆柱管的壁高为12cm。
23.从饲养笼里选取年龄为10-15d，个体大小相似、运动活跃的雄性桔小实蝇用于实验，实验时间是上午9:00-13:00。具体方案如下：将待测雄虫取出后放入离心管内，冰麻醉，避免身体出现任何损伤。再移入用于检验实蝇能力的所述装置，昆虫由于负趋地会想离开圆柱管底部，分别记录实蝇个体在圆柱管内是否存在飞行和飞出的潜伏期。每个样本单次观察时间设定为15min，超出15min被认为无能力飞出，从而筛选出优胜个体。结果见表1。
24.表1利用本装置观察桔小实蝇是否发生飞行行为和自主短距离起飞的潜伏期(秒)和优胜个体数统计表
[0025][0026][0027]
注：+代表有过flying，-代表未发生flying，—代表自主短距离起飞失败。
[0028]
本实用新型巧妙设计，创新性地开发了一种在非威胁刺激下，在无风、有高度壁障条件下检测昆虫个体自主短距起飞能极限能力的装置，可选拔具有极限能力的优胜个体昆虫，可为后续的昆虫极限飞行观察以及机器昆虫的仿生设计奠定技术基础。本装置设计新颖、制造简单、成本低廉、操作简便。

技术特征：
1.一种检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述的装置由防逃逸箱和置于所述防逃逸箱内的短距起飞触发装置构成，所述短距起飞触发装置由培养皿及立在其上的中空圆柱管构成，所述的圆柱管透明，所述圆柱管的内侧面须涂抹一层淀粉等滑性粉末。2.根据权利要求1所述的检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述圆柱管的底部内侧面，离培养皿底部的不超过昆虫体长的高度，不可涂抹滑性粉末。3.根据权利要求1所述的检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述圆柱管的内径为4-6cm。4.根据权利要求1所述的检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述述圆柱管的壁高为10-14cm。5.根据权利要求1所述的检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述的培养皿底部覆盖有滤纸或其它粗糙介质。6.根据权利要求1所述的检测昆虫个体自主短距起飞能力的装置，其特征在于：所述的防逃逸箱内还设置有摄像机。

技术总结
本实用新型涉及一种检测昆虫个体短距起飞能力的装置，属于昆虫行为学的技术领域。该装置由防逃逸箱和置于所述防逃逸箱内的短距起飞触发装置构成，所述的短矩起飞触发装置由培养皿及立在其上的中空圆柱管构成，所述的圆柱管透明，所述圆柱管的内侧面须涂抹一层淀粉等滑性粉末。本装置基于昆虫行为学原理，巧妙设计，在极限条件下能够筛选出自主短距起飞的优胜昆虫个体，可为后续的昆虫极限飞行观察以及机器昆虫的仿生设计奠定技术基础。本装置设计新颖、制造简单、成本低廉、操作简便。操作简便。操作简便。


技术研发人员：曹军 张婉蓉 董愫怡 吴云飞 谢元瑞雪 彭晓梅 涂婕妤 金婵
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/28