УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ КРОВОСОСУЩИХ КОМАРОВ
DEVICE FOR DETERMINING ACTIVITY OF BLOODSUCKING MOSQUITOES

Описание изобретения
Изобретение относится к области прикладной энтомологии, может быть использовано в биологических исследованиях и при планировании организационных и медицинских мероприятий по защите людей и животных от кровососущих комаров.
Известны устройства для контроля активности кровососов, которыми производится сбор насекомых, нападавших на человека: марлевый колокол Мончадского и колокол Березанцева. Человек, находящийся в зоне активности комаров, накрывается колоколом, после чего происходит подсчет пойманных экземпляров насекомых (Методические указания МУ 3.1.1027-01 «Сбор, учет и подготовка к лабораторному исследованию кровососущих членистоногих - переносчиков возбудителей природно-очаговых инфекций», апрель 2001 г.).
Основным недостатком известных способов контроля активности комаров является привлечение этих насекомых к персоналу, производящему измерения, поэтому всегда есть риск заражения людей заболеваниями, переносимыми кровососами.
Способ привлечения комаров к людям имеет также ряд других недостатков:
- люди различаются по степени привлекательности для кровососов, что вносит неизбежные искажения в получаемые данные;
- присутствие в зоне наблюдения нескольких человек или животных также вносит погрешность в измерения, так как часть кровососов отвлекается на другие объекты питания
Кроме того, следует отметить еще два недостатка указанных способов контроля активности комаров:
- невозможно автоматизировать процесс измерений;
- низкая оперативность работы.
Наиболее близким по заявляемым целям в сочетании с условием безопасности испытаний для человека является метод проверки эффективности инсектицидов и других способов контроля численности насекомых (патент US 2008/0257075 A1 «Methods for testing insect control products»). Данная методика основана на работе ловушки с источником углекислого газа, привлекающего самок комаров. Для контроля попаданий насекомых в ловушку автор патента предлагает использовать автоматический подсчет насекомых инфракрасным или лазерным счетчиком (эффективность таких устройств при подсчете комаров не была проверена).
Как следует из описания примеров использования ловушки, средняя частота регистрации комаров составляла 1 экземпляр в минуту. Для получения статистически достоверных результатов требуется накопление материала в течение часа или более.
Можно отметить следующие недостатки данного метода:
- Исследователь ничего не знает о ходе эксперимента до окончания срока экспозиции ловушки.
- Из-за небольшого темпа поступления насекомых в ловушку (в среднем 1 экземпляр в минуту) для получения репрезентативных данных требуется накопление материала в течение часа или более. В то же время погодные условия в районе измерений могут меняться за нескольких десятков минут. Это обстоятельство влияет на точность получаемых данных.
- При длительном выделении углекислого газа в замкнутом помещении могут измениться пропорции химического состава воздуха и, следовательно, чувствительность комаров к аттрактанту.
- При работе ловушки происходит изъятие насекомых из среды обитания. Последний из перечисленных недостатков также существенен в тех случаях, когда активность кровососов измеряется в замкнутых помещениях.
Известно, что кровососущие комары ориентируются на химические и тепловые признаки животного или человека, причем действие запахов проявляется с дальности нескольких десятков метров. На более близких дистанциях у комаров дополнительно активируется способность воспринимать тепловой поток от жертвы (Тыщенко, «Физиология насекомых», 1986). Для привлечения кровососов к регистрирующему устройству эти признаки можно имитировать с помощью источника тепла и привлекающего запаха.
Техническим результатом заявляемого устройства для определения активности кровососущих комаров является разработка несложного устройства, позволяющего контролировать текущую степень агрессивности комаров в реальном времени без непосредственного контакта с человеком и дающего возможность прямого соединения выходной информационной линии устройства с вычислительной системой для последующей обработки данных.
Указанный технический результат достигается тем, что собирается устройство для определения активности кровососущих комаров (фиг.1), включающее в себя: пластмассовый корпус 1, плату 2, на которой по кругу расположены двенадцать нагревательных элементов 3 общей мощностью 3 ВА, служащие для имитации теплового потока от животного, марлевый экран 4, пропитанный аттрактантом (мясным соком), который при нагреве издает привлекающий комаров запах (рабочая площадка 6×6 см), микрофон 5, подключенный к входу усилителя 6. Микрофон предназначен для регистрации звуков привлеченных к устройству комаров. Амплитудно-частотная характеристика электроакустического тракта устройства ограничена в диапазоне 150-3000 Гц, коэффициент усиления порядка 100 при напряжении сигнала на выходе устройства 0.25 В.
На корпусе 1 установлена металлическая пластина 7 с резьбовым отверстием, которая предназначена для крепления устройства к штативу (на схеме не показан). Сбоку на корпусе устройства расположены органы управления и разъемы 8 для подключения кабеля электрического питания и выхода устройства к каналу передачи данных (радиопередатчику). Радиопередатчик используется для трансляции зарегистрированных сигналов на записывающее устройство (например, компьютер), расположенное в лаборатории или другом укрытии. Применение системы дистанционной передачи данных устраняет ошибки, связанные с присутствием обслуживающего персонала в зоне измерений. Кроме того, такое решение позволяет людям проводить необходимые работы в защищенных от кровососов помещениях.
Предлагаемое устройство для определения активности кровососущих комаров, как и прототип, включает в себя корпус и аттрактант. Однако предлагаемое устройство снабжено размещенными в корпусе автономным источником электронного питания, микрофоном с усилителем для регистрации звуков от летающих над устройством комаров, системой нагрева, выполненной в виде размещенной в корпусе платы с укрепленными на ней нагревательными элементами по кругу, для имитации присутствия теплокровного животного и марлевым экраном с возможностью пропитки его аттрактантом для создания запаха, привлекающего самок комаров, и укрепленными на корпусе органами управления и разъемами для подключения кабеля электропитания и выхода с возможностью подсоединения к каналу передачи данных.
Канал передачи данных для дистанционной передачи данных может быть выполнен в виде радиопередатчика и радиоприемника, а в качестве автономного источника питания может быть использован аккумулятор, подключаемый к соответствующему разъему устройства через кабель электропитания.
В качестве аттрактанта может быть использован мясной сок.
Конструктивное разделение передатчика и устройства измерения активности комаров позволяет использовать радиопередающие устройства разных типов и мощности в зависимости от конкретных задач исследований.
Для защиты зоны нагревателей и марлевого экрана при транспортировке в комплектации устройства предусмотрена пластмассовая крышка.
Устройство для определения активности кровососущих комаров работает следующим образом. Самки комаров, ищущие прокормителя, привлекаются к заявляемому устройству исходящим от него теплом и запахом (имитация теплокровного животного). Запах создает нагретый марлевый экран, предварительно пропитанный мясным соком. Звуковые волны от летающих комаров попадают на микрофон и преобразуются в электрический сигнал. После усиления сигнал с устройства поступает на радиопередатчик и далее через радиоприемник на регистратор данных, расположенный на расстоянии 50 м или более в зависимости от мощности передатчика.
Устройство конструктивно простое, не требует технической квалификации от исполнителей работ, имеет большой потенциал для модификаций и допускает изготовление малыми сериями.
В ходе дальнейшей компьютерной обработки полученных данных с использованием слухового и визуального (фиг.2) контроля записей или сонограмм можно определить каждый случай пролета комара над марлевым экраном. Если комары, летающие рядом с устройством, различаются по размеру или полу, то соответствующую идентификацию можно проводить на основе анализа звукового спектра зарегистрированных сигналов (частоты взмахов крыльями у комаров перечисленных групп различаются). На фиг.2 представлен фрагмент осциллограммы записи звуков комаров, привлеченных к заявляемому устройству; каждый амплитудный всплеск соответствует одному пролету комара над марлевым экраном. Средняя частота подлетов в данном примере 30 раз в минуту (еловый лес, 17 часов, t=18°C).
Методы компьютерной обработки сигналов (визуализация, спектральный анализ, построение сонограмм) реализованы в широко распространенных программных продуктах, например «Sound Forge 5».
Выбор интервалов между последовательными замерами определяется потребным временем усреднения данных. На фиг.3 показана динамика активности комаров около устройства, измеренная с интервалом 15 мин. По горизонтальной оси - время, по вертикальной оси - количество подлетов самок комаров к марлевому экрану за одну минуту. Регистрация проводилась в еловом лесу в середине июня при температуре воздуха t=11°C (в начале записи) и 9°С (в конце записи).
На графике фиг.3 видно, что колебания активности комаров имели период 45-60 мин. При этом разброс числа пролетов насекомых на последовательных минутных интервалах в областях экстремумов не превышал 3. Из графика следует, что при стандартной длительности одного сеанса работы ловчего приспособления 5 мин (колокол Березанцева, Методические указания МУ 3.1.1027-01, 2001 г.) могут возникать ошибки, если время начала таких измерений выбирать без учета причин или фазы колебаний активности насекомых.
В опытном образце устройства использовался коротковолновый радиопередатчик СВ-диапазона (27 МГц) мощностью 50 мВт. Однако более перспективно применять промышленные радиосистемы, работающие в диапазоне частот 710-865 МГц, например передатчики «SO40» совместно с приемником «AKG PR40 Diversity». Такой комплект позволяет передавать данные одновременно по двум каналам с высоким качеством на расстояние до 100 м.
Электрическое питание опытного устройства, на котором проводились эксперименты, осуществляется от аккумулятора напряжением 6 В. При емкости аккумулятора 4 Ач время непрерывной автономной работы без подзарядки составляет примерно 6 ч. Выбор напряжения питания 6 В определяется сравнительно малым весом аккумулятора и возможностью его подзарядки от сети автомобиля с неработающим двигателем. Один человек может переносить полный комплект оборудования на большие расстояния. При стационарном использовании устройства возможно осуществлять его питание от промышленной сети с использованием соответствующего адаптера и соблюдением мер техники безопасности.
Заявляемое устройство перспективно применять в биологических исследованиях при оценке активности комаров-гематофагов в природе или в труднодоступных местах, например в подвалах домов или над поверхностью водоемов.
Информация об активности комаров, полученная с помощью устройства, может быть использована при планировании организационных и медицинских мероприятий по защите людей и животных от нападений кровососов, а также при испытаниях оборудования и веществ, отпугивающих насекомых.
При использовании такого устройства для мониторинга численности комаров в природе могут быть получены и переданы через информационные агентства оперативные данные о начале лета и средней частоте нападений комаров в единицу времени. Такие сведения, объединенные в одном блоке с прогнозом погоды, имеют значение для военнослужащих и простых горожан, собирающихся в выходные на природу.
Для исследования эффективности репеллентов в естественных условиях обитания комаров необходимы два однотипных устройства, разнесенные в пространстве на расстояние в несколько десятков метров. Отпугивающий комаров агент следует устанавливать только около одного из устройств. Информация, одновременно поступающая со второго устройства, используется в качестве контроля. Эффект от действия репеллента должен быть пропорционален разности показателей активности комаров, зарегистрированной по двум каналам.
Важной особенностью устройства является возможность параллельной регистрации активности комаров (со временем усреднения порядка 5 мин) и локальных физических параметров среды, таких как освещенность, скорость ветра, температура и влажность. С помощью корреляционного анализа можно оперативно выяснить, какой именно параметр наиболее существенно влиял на динамику активности насекомых. Такие измерения, помимо научного интереса, могут иметь значение при оценке эффективности репеллентов, так как позволят определить, с каким конкретно фактором были связаны вариации активности насекомых.