贻贝传感器为新的环境监测工具铺平了道路

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高山Bozkurt aybozkur@ncsu.edu

杰伊·莱文 jflevine@ncsu.edu

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu

北卡罗来纳州立大学的研究人员设计并展示了一种新系统，使他们能够远程监测淡水贻贝的行为。该系统可用于提醒研究人员在水生生态系统中存在有毒物质。

“当贻贝饲料时，他们打开他们的贝壳;但是，如果有什么东西有毒的水，他们可以立即关闭他们的炮弹，全部一次，”周杰伦莱文，在工作论文的合着者，并在北卡罗来纳州的流行病学教授说。“人们一直在试图找到衡量贻贝或牡蛎自20世纪50年代以来开放的壳牌的广泛和牡蛎的方法，但是已经有各种各样的挑战。我们需要允许动物移动的东西，可以放在流中并收集数据 - 现在我们拥有它。“

“我们基本上设计了一个定制的Fitbit来追踪贻贝的活动，”该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学电子和计算机工程教授阿尔珀·博兹库尔特(Alper Bozkurt)说。

这项研究的基本想法源于这样一个事实:贻贝的进食行为通常是不同步的，不是协调的。所以，如果一群贻贝立即合上壳，这可能是在警告水里有有害物质。

研究人员已经在用新的传感器系统做的事情之一是监测贻贝的行为，以确定是否存在无害的环境，贻贝可能会同时合上它们的壳。

“将其作为金丝雀在煤矿中，除了我们可以检测到毒素的存在而无需等待贻贝死亡，”莱明说。“同时，这将有助于我们了解的行为和监控蚌自己，这可以给我们洞察环境因素如何将各种影响健康的身体健康。鉴于许多淡水贻贝物种受到威胁或濒临灭绝的重要意义。“

博兹库尔特说:“为了将成本降至最低，我们制造这个传感器系统原型所用的所有组件都可以在商业上使用——我们只是以一种以前从未使用过的方式使用这些技术。”

具体地，系统在每个贻贝上使用两个惯性测量单元（IMU）。每个IMU包括磁力计和加速度计 - 就像在智能手机中使用的加速度计，以检测手机时。一个IMU连接到贻贝的顶级外壳，另一个IMU到另一个到底壳。这允许研究人员比较壳体相对于彼此的运动。换句话说，这允许研究人员判断贻贝是否闭合其壳，而不是通过强电流在水中翻滚的贻贝。

imu上的电线被设计用来连接数据采集系统，数据采集系统将安装在水路的桩子上。当放置在自然环境下时，数据采集系统由太阳能电池供电，并通过蜂窝网络从传感器上无线传输数据。目前的原型机有四个连接到系统上的贻贝，但它可以处理几十个。

研究人员在实验室的鱼缸中对活贻贝进行了超过250小时的测试，发现传感器异常准确——测量贻贝壳张开的角度不超过一度。

博兹库尔特说:“你可以明确地知道它什么时候关闭，什么时候打开，以及打开的程度。”

博兹库尔特说:“我们的目标是建立一个‘贻贝网络’，监控它们的个人和集体行为。”“这最终将使我们能够把它们用作环境传感器或哨兵。”

研究人员现在继续进行测试，以更好地了解系统的稳健性。例如，在现实生活条件下的实际使用中可能持续多长时间？团队计划很快开始开始现场测试。

莱文说:“除了探索它作为环境监测仪的有效性之外，我们乐观地认为，这项技术可以帮助我们了解有关贻贝本身的新知识。”“是什么促使它们过滤和进食?”它们的行为会随着温度的变化而改变吗?虽然我们对这些动物了解很多，但也有很多是我们不知道的。这些传感器为我们提供了机会，为动物个体制定基线值，并监测它们的壳运动对环境变化的反应。”

纸”,基于加速度计的双壳类动物阀门张开行为传感系统研究，“发表在期刊上IEEE传感器信。Parvez Ahmmed和James Reynolds在纸上是联合主导作者。两者都是博士学位。NC州的学生并由Bozkurt和Levine共同思考。

这项工作得到了国家科学基金的支持，资助1160483和1554367;并获得美国鱼类和野生动物管理局2018-0535/F18AC00237的拨款。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

一种基于加速度计的双壳类动物阀门张开行为传感系统

作者: Parvez ahmed, James Reynolds, Jay F. Levine和Alper Bozkurt，北卡罗莱纳州立大学

发表: 3月19日,IEEE传感器信

DOI：10.1109 / Lsens.2021.3067506

文摘:双抗体对环境条件非常敏感。壳体的运动和阀门之间的间隙可以用作进入地表水体的水污染物的指标。本文提出了一种新颖的传感系统，可以精确地计算双抗体中的阀门间隙角度。传感器单元由两个惯性测量单元组成，用于每个双子的两个惯性测量单元以估计两个阀之间的角度。通过将具有柔性电缆的多个水绝缘传感器单元进行多个隔离传感器单元，可以与柔性电缆连接到容纳处理单元的中央基站。传感器包装的小型化和电线的灵活性确保了对动物的自然行为的最低障碍。用模拟间隙行为的Benchtop伺服电机设置测试了角度测量的精度和准确性。稳定状态下测量的标准偏差为0.78度，10度步骤期间测量的平均变化为9.98度。超过250个小时的体内验证实验使用所提出的方法有磁力替代，一起的-0.89的平均相关系数证实了角测量值的一致性。该传感器系统提供的双壳裂开行为的精确研究并促进的潜在用途如双壳类环境哨兵由于其阀裂开是用于监测水质污染的生物标记。