Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали и продемонстрировали новую систему, которая позволяет им удаленно отслеживать поведение пресноводных мидий. Систему можно использовать для предупреждения исследователей о наличии токсичных веществ в водных экосистемах.
«Когда мидии питаются, они открывают свои раковины, но если в воде есть что-то ядовитое, они могут немедленно закрыть свои раковины, все сразу», - говорит Джей Левин, соавтор статьи о работе и профессор эпидемиологии в штате Северная Каролина.«Люди пытались найти способы измерить, насколько широко мидии или устрицы раскрывают свои раковины с 1950-х годов, но столкнулись с множеством проблем. Нам нужно было что-то, что позволяет животным двигаться, может быть помещено в ручьи и собирает данные - и вот они у нас есть."
«По сути, мы разработали собственный Fitbit для отслеживания активности мидий», - говорит Альпер Бозкурт, автор статьи и профессор электротехники и вычислительной техники в штате Северная Каролина.
Основная идея исследования проистекает из того факта, что пищевое поведение мидий, как правило, асинхронно - это не координированное действие. Итак, если кучка мидий сразу закрывает свои раковины, это, скорее всего, предупреждение о том, что в воде есть что-то вредное.
Одна из вещей, которую исследователи уже делают с новой сенсорной системой, - это мониторинг поведения мидий, чтобы определить, существуют ли безвредные обстоятельства, при которых все мидии могут закрыть свои раковины одновременно.
«Думайте об этом как о канарейке в угольной шахте, за исключением того, что мы можем обнаружить присутствие токсинов, не дожидаясь, пока мидии умрут», - говорит Левин. «В то же время это поможет нам понять поведение и контролировать здоровье самих мидий, что может дать нам представление о том, как различные факторы окружающей среды влияют на их здоровье. Это важно, учитывая, что многие виды пресноводных мидий находятся под угрозой или находятся под угрозой исчезновения.."
«Для минимизации затрат все компоненты, которые мы использовали для создания этого прототипа сенсорной системы, доступны на рынке - мы просто используем технологии так, как никто их раньше не использовал», - говорит Бозкурт.
В частности, система использует два инерциальных измерительных блока (IMU) для каждой мидии. Каждый из IMU включает в себя магнитометр и акселерометр, подобные тем, которые используются в смартфонах, чтобы определять, когда вы двигаете телефон. Один IMU прикреплен к верхней раковине мидии, другой к ее нижней раковине. Это позволяет исследователям сравнивать движение половинок раковины относительно друг друга. Другими словами, это позволяет исследователям определить, закрывает ли мидия свою раковину, а не кидает ли мидия в воду сильным течением.
Провода от IMU предназначены для подключения к системе сбора данных, которая будет установлена на стойке в водном пути. При размещении в естественных условиях система сбора данных питается от солнечной батареи и передает данные от датчиков по беспроводной сети через сотовую сеть. Текущий прототип имеет четыре мидии, подключенные к системе, но он может обрабатывать десятки.
Исследователи провели более 250 часов испытаний с живыми мидиями в лабораторном аквариуме и обнаружили, что датчики были исключительно точными, измеряя угол раскрытия раковины мидии с точностью до одного градуса.
«Вы можете точно сказать, когда он закрыт, когда открыт и на сколько», - говорит Бозкурт.
«Наша цель - создать «интернет мидий» и следить за их индивидуальным и коллективным поведением», - говорит Бозкурт. «Это в конечном итоге позволит нам использовать их в качестве датчиков окружающей среды или часовых».
В настоящее время исследователи продолжают тестирование, чтобы лучше понять надежность системы. Например, как долго он может прослужить при практическом использовании в реальных условиях? Команда планирует начать полевые испытания в ближайшее время.
«Помимо изучения ее эффективности в качестве монитора окружающей среды, мы надеемся, что эта технология поможет нам узнать что-то новое о самих мидиях», - говорит Левин. «Что побуждает их фильтровать и питаться? Меняется ли их поведение в ответ на изменения температуры? Хотя мы многое знаем об этих животных, мы также многого не знаем. значения для отдельных животных и отслеживать движение их панциря в ответ на изменения окружающей среды."