基于伯努利效應的全自動昆蟲誘捕器

江嘉林，陳葦娜

福建省泉州市培元中學

基于伯努利效應的全自動昆蟲誘捕器

江嘉林，陳葦娜

福建省泉州市培元中學

在參與泉州森林公園的植樹活動中意外聽工作人員說現(xiàn)在防蟲害不是噴農(nóng)藥，就是采用殺死昆蟲的捕蟲機，導致益蟲的數(shù)量急劇減少，破壞了生態(tài)平衡。因此想制作一款能減少對生態(tài)平衡影響的昆蟲誘捕器。

伯努利效應；全自動；信息素；昆蟲誘捕器

一、創(chuàng)意來源

昆蟲誘捕在科學調(diào)查研究、害蟲監(jiān)測防治等方面有著重要作用。蠅燈）、粘性誘捕器（如滅蠅板）、信息素誘捕、扇吸式誘捕等，這樣的捕捉方式各有弊端，捕蟲網(wǎng)費時費力，而且在某些人跡罕至的區(qū)域很難實現(xiàn)；黑光燈等對避光性昆蟲不起作用；單一信息素誘捕只能針對特定昆蟲；而扇吸式誘捕收集到的基本都是昆蟲的尸體或者不完整的昆蟲、且容易誤傷益蟲[1]；通過問卷調(diào)查顯示，誘捕完整的活體昆蟲，目前還是空白，但又迫切需要。

因此，設計一款自動節(jié)能的昆蟲誘捕器，用于捕捉活體完整的昆蟲，具有很好的應用前景。

二、關于實用性、創(chuàng)新性、科學性的分析

（一）實用性

1.問卷調(diào)查對實用性的證明

通過問卷調(diào)查的結(jié)果顯示從事昆蟲研究工作的工作人員目前一般是通過人工捕捉昆蟲,目的是希望捕捉的昆蟲完整并依舊為活體，迫切需要一款能滿足他們需求的機器。

2.關于目前市場的分析

問卷結(jié)果也顯示，工作人員目前不愿意采用機器來捕捉昆蟲的原因為大部分捕捉器都破壞了昆蟲的完整性及無法全自動操作，需人工輔助操作，并且捕捉到的昆蟲都為昆蟲尸體。而從事農(nóng)業(yè)害蟲監(jiān)測防治的工作人員雖使用誘蟲器誘捕昆蟲，但使用范圍小，且極易誤傷益蟲；而在治療蟲害時，往往使用農(nóng)藥，極易造成污染和農(nóng)藥殘留，因此也需要能捕捉昆蟲活體的機器來對捕捉到的昆蟲進行分類分析處理。

（二）創(chuàng)新性

1.該機器在半公頃的農(nóng)田放置一晚能誘捕上千只昆蟲，電量能夠維持連續(xù)工作1-2天，對比以往捕蟲器效果更佳。

2.該機器誘捕的昆蟲都是鮮活完整的個體，對于完整鮮活的害蟲能留下做研究，做標本；對于完整鮮活的益蟲能放生減少對生態(tài)平衡的影響。

3.該機器采用燈光及信息素雙重手段引誘昆蟲，利用光傳感器作為機器的開關，使用壓縮氣體鋼瓶產(chǎn)生伯努利效應吸入昆蟲。

目前本項目已通過了教育部科技查新工作站的查新，同時該技術已向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報實用新型專利。產(chǎn)品整身通過第三方質(zhì)量檢測，并于相應公司簽訂合作開發(fā)計劃。

（三）科學性

1.伯努利效應

伯努利效應又稱邊界層表面流效應，在流體流速加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加。

本項目采用壓縮氣體鋼瓶壓縮氣體，產(chǎn)生高速氣流，使得捕蟲漏斗內(nèi)的氣壓較低，在外界較高大氣壓的作用下將昆蟲能夠完整吸入捕蟲袋中。

2.關于全自動

本項目采用ArduinoUNOR3為該昆蟲捕捉器的主控，利用反射式和漫反射距離傳感器檢測昆蟲是否靠近，充當機器的智能開關。每次捕捉完畢將自動檢測啟動氣泵進行壓縮氣體的補充。采用壓力閥門控制產(chǎn)生伯努利效應的氣體壓強。整臺機器無需人工操作，全自動完成，大幅度減輕人工作業(yè)。

3.關于昆蟲的誘捕功能

根據(jù)查閱的文獻顯示，黑光燈能有效地吸引昆蟲，提高誘捕昆蟲的概率,且捕蟲的多樣度和均勻度均高于普通碰撞誘捕網(wǎng)[2]。對某些趨光昆蟲的越冬代，黑光燈誘捕更是唯一手段[3-4]；資料表明，信息素能對昆蟲起到誘惑的作用，尤其是特定信息素的使用能夠捕獲更多的某種特定昆蟲，常用的信息素為性信息素，能吸引特定性別的昆蟲[5]。本項目采用二者結(jié)合的方式，在多次試驗中雙重誘惑能夠高效地吸引到各類昆蟲。

三、項目設計

（一）硬件設計

1.總體設計

基于伯努利效應的昆蟲誘捕器采用ArduinoUNOR3連接紅外線M18光電開關，鋰電池組，繼電器1，繼電器2及壓力閥門；繼電器1連接氣泵，繼電器2連接氣壓閥門，具體連接如圖1所示。

圖1 總體設計圖

2.關于信息素

特種信息素的投放能有效提高專捕某昆蟲的概率。昆蟲信息素也稱性外激素，是同種昆蟲間進行信息交流的化學物質(zhì)，包括引誘（誘獲）、刺激、促進或抑制取食、產(chǎn)卵、交配、集合、報警、防御等功能。因而有高度的專一性。每種信息素都有特定的立體化學結(jié)構(gòu)，多數(shù)信息素是幾種化合物按一定比例的混合物。根據(jù)信息素所傳遞的信息不同，分為性信息素、報警信息素、示蹤信息素、聚集信息素等。而不同種昆蟲之間或昆蟲與其它生物之間也存在著傳遞信息的化學物質(zhì)，如利己素、利它素、協(xié)同素等種間素[6-8]。如有種蜘蛛能分泌一種與性外激素相似的物質(zhì)，誘使相應的昆蟲自投羅網(wǎng)。也有一種是從植物體內(nèi)提取的內(nèi)源素（即誘獲信息素，類似于植物體內(nèi)分泌的害蟲喜歡吸食的一種植物體液——誘獲），害蟲感應到這種氣味而靠近吸食。

（二）程序流程的設計

基于伯努利效應的全自動昆蟲誘捕器的工作流程為：系統(tǒng)開啟→初始化→檢測氣瓶內(nèi)壓力是否充足→檢測光傳感是否被遮光→釋放氣體→補充氣體→檢測氣瓶內(nèi)壓力是否充足。具體程序流程設計見圖2所示。

圖2 程序流程設計

四、項目使用說明

1.通入電源，使機器開始運行。

2.機器開始自動運行步驟，分為初始化閥門（步驟一），氣泵工作（步驟二），紅外線M18光電開關識別昆蟲靠近（步驟三），紫外線燈與信息素協(xié)助誘惑昆蟲（步驟四）。

3.捕捉昆蟲步驟，分為壓縮氣體鋼瓶充氣（步驟一），壓力變送器控制壓強大小（步驟二），氣壓閥門出氣（步驟三），捕蟲漏斗口產(chǎn)生負壓，吸入昆蟲（步驟四）。

4.機器運行，完成捕捉。

五、總結(jié)與展望

基于伯努力利效應的全自動昆蟲誘捕器采用多級增壓裝置產(chǎn)生高壓氣體實現(xiàn)伯努利效應能夠高效捕捉昆蟲，替代繁瑣的人工捕捉，實現(xiàn)自動化，緩解相關工作者的工作力度，無風扇設計，提高了捕捉昆蟲的完整性的幾率，為昆蟲研究工作帶來便利。

該項目接下來將根據(jù)實際試驗結(jié)果進行進一步的改進：

1.采用多重增壓裝置產(chǎn)生高壓氣體來替代壓縮氣瓶以減小作品體積；

2.鋪設爬行昆蟲特殊通道用以捕捉爬行昆蟲；

3.實現(xiàn)防盜功能。

[1]蔣小龍，WendellE.Burkholder.幾種誘捕器對儲糧害蟲誘捕效果研究[J].鄭州糧食學院學報，1995，16（1）：89-96.

[2]張兵蘭，張茵，廖婕，等.香港嘉道理農(nóng)場次生林區(qū)碰撞誘捕網(wǎng)和黑光燈捕蟲器采集所得鞘翅目甲蟲多樣性比較[J].生物多樣性，2004，12（3）：301-311.

[3]盛承發(fā)，宣維健，蘇建偉，等.性信息素水盆誘捕器和黑光燈誘捕棉鈴蟲成蟲數(shù)量的比較[J].生態(tài)學雜志，2001，20（5）：5-7.

[4]屈西峰，等.中國棉花害蟲預測預報標準、區(qū)劃和方法[M].北京：中國科學技術出版社，1992.14-28.

[5]向玉勇，楊茂發(fā).昆蟲性信息素研究應用進展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2006，45（2）：250-256.

[6]孫志鋒.昆蟲性信息素研究進展[J].廣東化工，2016，43（20）：114-115.

[7]杜家偉.昆蟲信息素及其應用[M].北京：中國林業(yè)出版社，1988：3-8.

[8]孟憲佐.昆蟲性信息素的應用[J].生物學通報，1997，32（3）：46-47.

江嘉林（2001-），男，漢族，福建泉州人，中學生，研究方向：科技創(chuàng)新。