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Insekten durch die Musik ihrer Flügel identifizieren

2021

"copyright": "© www.peterphun.com / blog

In meinem letzten Beitrag habe ich Ihnen eine kurze Geschichte von Insektenfallen gezeigt. Einige waren ziemlich dumm, aber das Fangen von Insekten kann auch sehr hilfreich sein. Abhängig vom Kontext kann eine Falle dazu beitragen, die Anzahl der lästigen Insekten in einem geschlossenen Raum zu verringern. Fallen zeigen auch Schädlingsbekämpfern und Entomologen, ob sich eine bestimmte Art von Insekten herumtreibt, und diese Informationen helfen, Behandlungen zu bestimmen oder Arten zu überwachen.

Viele Insektenfallen verwenden Köder aus synthetischen Pheromonen, also Chemikalien, mit denen Insekten miteinander kommunizieren. Diese Köder greifen die Tiere normalerweise mit einer klebrigen Falle oder einem Tötungsglas. Der Ansatz funktioniert jedoch nicht immer sehr gut, um bestimmte Arten zu identifizieren. Wenn eine Person die Falle überprüft, sieht der Inhalt aus wie Flusen oder ein paar verschnörkelte Linien. Es kann schwierig sein zu sagen, welche Art von Insekten dies sind, selbst für einen ausgebildeten Entomologen, geschweige denn für einen Landwirt oder einen Angestellten im Gesundheitswesen, der versucht, landwirtschaftliche Schädlinge oder Krankheitsüberträger aufzuspüren.

Riverside, ein Team von Informatikern und Entomologen unter der Leitung der University of California, glaubt, dieses Problem für fliegende Insekten gelöst zu haben, indem sie den Klang ihres Fluges mit einem Sensor verfolgen. Frühere Versuche, diese gesammelten Audiodaten mit einem Mikrofon zu machen, sind sehr schwierig, da andere lautere Geräusche das Summen der Flügel eines Insekts übertönen können. Das UC Riverside-Team konnte dies umgehen, indem es die Bewegung der Flügelschläge eines Insekts mithilfe eines Laserlichts nachverfolgte. Diese können Bewegungen aus weitaus größeren Entfernungen als mit einem Mikrofon und ohne Tonstörungen nachverfolgen. Sie haben einen entsprechenden Artikel im Journal of Visualized Experiments veröffentlicht.

Das Team baute seinen Sensor aus einem billigen Laser und einem Fototransistor-Array, das mit einer elektrischen Platine verbunden ist. Fliegt ein Insekt am Laser vorbei, bricht sein Flügelmuster das Licht und das Signal wird in eine Audiodatei umgewandelt. Ein Computeralgorithmus hilft dabei, die Informationen zu entwirren, um die Art zu identifizieren.

Wie macht es das? Verschiedene Arten von Insekten schlagen mit unterschiedlichen Frequenzen auf ihre Flügel, wodurch festgestellt werden kann, was zu einem bestimmten Zeitpunkt am Sensor vorbeifliegt. Beispielsweise schlagen Mücken zwischen 400 und 800 Schlägen pro Sekunde, während Bienen lethargischer sind 200 bps.

Das Summen eines Insekts hat jedoch andere musikalische Eigenschaften, die dazu beitragen, Arten zu unterscheiden, die sich im gleichen Tempo bewegen. "Flügelschlagfrequenz ist ein Hinweis, aber es ist nicht genug", sagt Eamonn Keogh, Informatiker an der UC Riverside und leitender Forscher des Projekts. »Wenn ich ein mittleres C auf einem Klavier treffe, ist es die gleiche Frequenz wie ein mittleres C auf einer Violine. Aber es hört sich anders an. Über die Grundfrequenz eines fliegenden Insekts hinaus gibt es eine Farbe, Textur oder Musikalität - ein komplexeres Signal. Und wir haben Möglichkeiten, das herauszufinden. «

Die Forscher versuchten das Gerät an sechs Insektenarten im Labor, darunter vier Arten von Mücken, Stubenfliegen und Fruchtfliegen. Je nach Art lag die Genauigkeit zwischen 80% und 99%, und die Genauigkeit verbesserte sich, wenn andere Informationen hinzugefügt wurden, z. B. der Tageszyklus der Insekten (verschiedene Insekten sind zu verschiedenen Tageszeiten aktiv). Es kann auch helfen, zwischen weiblichen und männlichen Tieren der gleichen Art zu unterscheiden. Dies ist hilfreich für Insekten wie Mücken, bei denen nur die weiblichen Tiere Blut essen.

Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie schwierig es für unsere menschlichen Ohren ist, den Klang einer Insektenart von einer anderen zu unterscheiden, hier einige Beispiele. Die Dateien wurden von Yanping Chen erstellt, einem Doktoranden der Informatikabteilung der UC Riverside, der am Sensor gearbeitet hat.

Natürlich muss die Gruppe viel mehr Nachforschungen anstellen, einschließlich umfassender Feldtests, um sicherzustellen, dass der Sensor in einer praktischen Umgebung funktioniert. Funktioniert der Sensor jedoch vor Ort, kann dies für Entomologen, Landwirte und Angehörige des Gesundheitswesens eine große Hilfe sein, da sie in Echtzeit sehen können, wo sich die Arten befinden, anstatt sich auf den langsamen Prozess der wöchentlichen Überprüfung einer Klebefalle zu verlassen und versuchen herauszufinden, welche Insekten wo waren. Landwirte könnten zum Beispiel feststellen, ob geflügelte Schädlinge eine Ecke eines Obstgartens infiltrieren und dort ein gezieltes Pestizid anwenden, anstatt das gesamte Feld zu bedecken. Mitarbeiter des Gesundheitswesens könnten in ähnlicher Weise Vektorinsekten aufspüren und ihre Beseitigung lokalisieren, um Krankheitsausbrüchen vorzubeugen.

Gary Hevel, Entomologe und Forschungsmitarbeiter an der Smithsonian Institution, der nicht am UC Riverside-Projekt beteiligt war, ist der Ansicht, dass das Gerät definitiv dazu beitragen könnte, Zeit für seine Arbeit zu sparen. Dabei geht es in der Regel darum, Proben zu untersuchen und anhand ihrer physikalischen Strukturen zu identifizieren . „Heutzutage passiert so viel mit Computern. Es fasziniert mich sehr, diese Entwicklung zu sehen, die so etwas passiert und für uns in Zukunft von Vorteil sein wird

Das UC Riverside-Team sammelt Daten aus Feldtests in Brasilien und Hawaii, um den Sensor und den Algorithmus zu verbessern. Schließlich hofft Keogh, dass Audiodateien für eine Vielzahl von Insekten online verfügbar sein werden, damit die Menschen die richtigen Signale für die Schädlinge in ihrem Teil der Welt herunterladen können.

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