Искусственная имитация излучений химического соединения
ARTIFICIAL IMITATION OF CHEMICAL COMPOUND RADIATIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты реализации настоящего изобретения относятся к искусственной имитации излучений интересуемого химического соединения (CCl) для воздействия на поведение определенного вида насекомых.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Charles Valentine Riley, бывший глава энтомологической комиссии и автор книги «lnsect Life» предположил, что насекомые могут ощущать едва уловимые колебания, которые мы не замечаем [Insect Life, том 7, стр. 33-41 (1894)]. Jean Henri Fabre был следующим, кто опубликовал в книге «The Insect World of J. Henri Fabre» [E.W. Teale (изд.), 191 стр. (1913)] свои размышления, о том, что моли, возможно, улавливают определенные электромагнитные (ЭМ) частоты, тогда как Eugene Marais в книге «The Soul of the White Ant» [[Methuen and Co., London, 184 стр. (1937)] предположил, что термиты могут делать то же самое.
[0003] Как известно, ЭМ частоты улавливают с помощью подходящим образом структурированных антенн. Однако до 1948 года никто не искал их у насекомых, когда Grant, инженер-электрик, впервые опубликовал статью, в которой указал, что детектор такого ЭМ излучения находится на усиках насекомых, что впоследствии нашло дополнительное подтверждение у Laithwaite [Proc. Royal Soc. Queensland, vol. 60, no. 8, pp. 89-98 (1948); Entomologist vol. 93, no. 1165, pp. 113-177 (1960); Entomologist vol. 93, no. 1166, pp.133-137 (1960)]. На основе своих экспериментов с медоносными пчелами и влечения пчел к закрытой коробке, содержащей мед, Miles и Beck выдвинули гипотезу, что некоторые обонятельные рецепторы действительно представляют собой детекторы излучения [Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 35, pp. 292-310 (1949)]. Указанная коробка была оборудована прозрачным для инфракрасного излучения окном.
[0004] Доказательство, что усики насекомых хорошо оборудованы чтобы представлять собой детекторы излучения, было предложено, главным образом, Callahan [Misc. Public. Entom. Soc. Amer., vol. 5, no. 7, pp. 315-347 (1967)], а то, что некоторые из таких усиков безусловно реагируют на источники излучения, было подтверждено Evans [Nature, vol. 202, p.211 (1964)] и Bruce [Ann. Entomol. Soc. Am., vol. 64, pp. 925-931 (1971)]. На данном этапе были установлены детекторы излучения.
[0005] Smith с коллегами показали поразительную чувствительность насекомых к малоинтенсивному излучению, что позволяет предположить, что у насекомых могли развиться системы обнаружения низких уровней интенсивности, с которыми мы еще не сталкивались [Science, vol. 140, pp. 805-806, (1963)]. Очень важная особенность таких биологических эффектов состоит в том, что они часто возникают под действием полей с крайне низкими интенсивностями. Эффекты многократных воздействий на организм иногда являются кумулятивными. Воздействие сильных полей обычно приводит к адаптации к последующим воздействиям, тогда как воздействие слабых полей постепенно приводит к большим изменениям в организме [«Electromagnetic Fields and Life», Plenum, New York-London, 336 pp., (1970)]. Из этого естественно следует вывод, что организмы имеют системы, особенно чувствительные к ЭМ полям и пока не имеющие аналогов у человека.
[0006] W.H. Whitcomb, его студент, J.C. Nickerson, и Callahan совместно работали над краткосрочным научно-исследовательским проектом, в котором использовали рабочего муравья, Conomyrma insana (Buckley), и инфракрасное излучение [Physiol. Chem. & Physics, vol. 14, pp. 139-144 (1982)]. Они обнаружили, что рабочего муравья привлекали излучения в дальней инфракрасной области спектра от воска и парафиновых свечей. Различные виды моли и личинок подвергали инфракрасному излучению с длинами волн в диапазоне от 1 до 30 мкм (микрометров) [J. Ga. Ent. Soc, vol. 1, pp. 6-14 (1966)]. Высокоинтенсивное инфракрасное излучение, сфокусированное в глаз, убивало моль в среднем за 60 сек при 120°F (примерно 49°С). Низкоинтенсивное инфракрасное излучение, сфокусированное на усики или глаз, вызывало полет, реакции усиков или сексуальные реакции при температуре от 85 (примерно 29°С) до 92°F (примерно 33°С). Низкоинтенсивное инфракрасное излучение при 92°F (примерно 33°С), сфокусированное на простые глаза (фасеточные глаза) личинок, вызывало осаждение фекальных комочков, поисковое поведение и обследование с помощью головы. Все указанные реакции отличались повторяемостью и затем становились легко предсказуемыми.
[0007] Некоторые примеры насекомых, реагирующих на излучение, описаны ниже. Личинок совки хлопковой на пятой возрастной стадии подвергали излучению в течение от 15 до 40 сек до того, как они становились активными, что вызывало фекальные выделения, жевание мандибулами и перемещение по направлению к ИК-источнику при одновременном обследовании его с помощью головы. Взрослые совки сразу же реагировали путем вибрирования усиками. Спиральный хоботок немедленно приходил в неистовое движение. Любопытно, что моли sphingid и моли saturniid реагировали гораздо медленнее путем движения усиков. Наиболее чувствительными были безусловно четыре вида ночных молей arctiid. Они все реагировали путем изгибания брюшка и движения в направлении указанного источника обоими ножками и усиками, и пытались коснуться своим брюшком объектов, находящихся в пределах их охвата (т.е. демонстрировали поведение спаривания). Высокоинтенсивное излучение в диапазоне от 1 до 30 мкм в течение одной секунды вызывало полет и сексуальные реакции у указанных четырех видов насекомых в течение от 10 до 20 минут. Низкоинтенсивное ИК-излучение в течение от пяти до десяти секунд вызывало похожие реакции.
[0008] Evans показал, что узкозлатка, Melanophila acuminata, обладала особым инфракрасным органом чувств, расположенном не на усике, а на мезотораксе, прилегающем к тазиковым впадинам [Nature, vol. 202, p. 211 (1964)]. Хотя имеется несколько публикаций, что насекомые, такие как комары [Nature, vol. 184, pp. 1968-1969 (1959)], реагируют на инфракрасное излучение, это было первое сообщение о наличии у насекомого инфракрасного органа. Излучение, применяемое для провоцирования реакции в исследованиях Evans, представляло собой некогерентное инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 0,8 до 6,0 мкм, при этом максимальная чувствительность наблюдалась в диапазоне от 2,5 до 4 мкм. Другое членистоногое, самка крысиного клеща, Laelaps echidnina, также реагирует на некогерентное инфракрасное излучение в узком диапазоне от 4,4 до 4,6 мкм, как было описано Bruce [Ann. Entomol. Soc. Am., vol. 64, pp. 925-931 (1971)].
[0009] Для дополнительного исследования реакции насекомых на естественное ЭМ излучение использовали «массовый излучатель» Глаголева-Аркадьева. Как сообщалось Callahan [Fla. Entomol., vol. 54, no. 2, pp. 201-204 (1971)], массовый излучатель использовали для воздействия на нескольких насекомых дальним инфракрасным излучением и регистрации их поведенческих реакций, если таковые имеются. Реакции были удивительными. Все исследуемые насекомые реагировали на массовый излучатель путем движения усиков. Три плодоносящих самки совки хлопковой имитировали откладывание яиц в течение нескольких секунд воздействия излучением. Осы сразу же демонстрировали реакцию в виде чистки усиков, и огненные муравьи реагировали путем яростного движения ножек и усиков. Ни одна из реакций любых исследуемых насекомых не происходила, когда усики были отрезаны. Годом позже Eldumiati и Levengood также обнаружили у насекомых чрезвычайно сильные реакции привлечения к источнику дальнего инфракрасного излучения [J. Econ. Entomol. Vol. 65, pp. 291-292 (1972)].
[0010] Поведенческие реакции на широкополосное инфракрасное излучение в диапазоне от 1 до 15 мкм было описано для трех других отрядов насекомых. Указанные насекомые включают чешуекрылые, И. zea [Ann. Entomol. Soc. Am., vol. 58, pp. 746-756 (1965)], двукрылые, Aedes aegypti [J. Econ. Entomol., vol. 61, pp. 36-37 (1968)] и бракониды из отряда перепончатокрылых, Coeloides brunneri (Can. Entomol., vol. 104, pp. 1877-1881, (1972)].
[0011] Кроме того, муравей огненный импортный красный, Solenopsis invicta, испытывает влечение к электрическим полям и способен различать поля переменного и постоянного тока [Environ. Entomol., vol. 21, no. 4, pp. 866-870 (1992)] и было обнаружено, что электрофизиологические реакции некоторых усиков на скапусе и стебельке брюшка нескольких видов совки и моли saturniid можно стимулировать частотами всего видимого спектра [J. Appl. Optics, vol. 7, pp. 1425-1430 (1968)].
[0012] Таким образом, было показано, что насекомые реагируют на кратковременное и длительное воздействие радиации, широкополосного инфракрасного излучения, узкополосного инфракрасного излучения, инфракрасного излучения в близкой, средней и дальней области спектра, видимых частот, когерентного излучения. Также было показано, что они имеют хорошо изученные органы излучения и способны различать поля переменного и постоянного тока. Способность стимулировать усики насекомых с помощью ЭМ частот или излучения дала толчок к поиску новых источников обнаружения излучения. Такое излучение обеспечивали характеристики люминесценции химических сигнальных веществ, а также других пахучих веществ и различных химических соединений. Феромоны, которые представляют собой только один тип химического сигнального вещества, демонстрируют сильные поведенческие реакции у насекомых и могут служить для привлечения или введения в заблуждение насекомых, успешно нарушая, таким образом, их спаривание.
[0013] Многие феромоновые ловушки имеют ограничения с точки зрения значительного снижения популяции насекомых в зерновом элеваторе или складе, если указанные ловушки не применяют с очень высокой плотностью. Что касается применения на обрабатываемой земле аэрозоля или приманок для сельскохозяйственных мер борьбы с насекомыми, это очень дорогостоящее дело с многочисленными ограничениями. Неблагоприятные погодные условия, сильные ветра, а также другие факторы отрицательно влияют на указанные контрольные меры и часто препятствуют успеху программы борьбы с вредителями. Кроме того, в указанные проблемы вносят свой вклад уменьшенный срок службы источника феромонов в ловушках, а также затраты на сам феромон.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Способы, предложенные в настоящем документе, позволяют искусственно сымитировать характеристики химических соединений, вызывающих поведенческие реакции у насекомого определенного вида. Кроме того, в настоящем документе описано устройство, выполненное с возможностью воспроизведения характеристик химических соединений, вызывающих поведенческие реакции у насекомого определенного вида.
[0015] Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения способ искусственной имитации излучения химического соединения включает идентификацию интересуемого химического соединения, определение спектра поглощения инфракрасного (ИК) излучения и/или спектра поглощения в УФ и видимой области (УФ-ВИД) интересуемого химического соединения, применение стоксовского смещения к значению по меньшей мере одной длины волны спектра поглощения и аппроксимацию спектра излучения интересуемого химического соединения на основе применения стоксовского смещения. Определенный спектр поглощения включает значение по меньшей мере одной длины волны поглощения и аппроксимация спектра излучения включает значение по меньшей мере одной длины волны излучения.
[0016] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения способ искусственной имитации излучения интересуемого химического соединения включает идентификацию интересуемого химического соединения, моделирование одного или более основных состояний интересуемого химического соединения и моделирование одного или более возбужденных состояний интересуемого химического соединения на основе смоделированных одного или более основных состояний. Предложенный способ дополнительно включает получение имитированного спектра УФ-ВИД излучения на основе расчета оптимизации геометрии смоделированных одного или более возбужденных состояний и/или имитированного ИК спектра излучения интересуемого химического соединения на основе расчета ангармонической частоты смоделированных одного или более основных состояний. Полученный спектр излучения включает значение по меньшей мере одной длины волны излучения.
[0017] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения способ искусственной имитации излучения интересуемого химического соединения включает идентификацию интересуемого химического соединения и экспериментальное определение спектра излучения интересуемого химического соединения с помощью инфракрасной спектроскопии на основе преобразования Фурье (FTIR).
[0018] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство для вызова поведенческой реакции у насекомого определенного вида. Устройство включает излучатель, направляющее устройство и источник питания, соединенный с излучателем. Излучатель можно выполнить с возможностью испускания излучения с одной или более длинами волн, имитирующими спектр излучения интересуемого химического соединения, которое может вызвать поведенческую реакцию у насекомого данного вида. Направляющее устройство можно выполнить с возможностью наведения испускаемого излучения и источник питания можно выполнить с возможностью регулирования интенсивности испускаемого излучения.
[0019] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство для вызова поведенческой реакции у насекомого определенного вида. Устройство включает излучатель и источник питания, соединенный с излучателем. Излучатель можно выполнить с возможностью испускания излучения с одной или более длинами волн, имитирующими спектр излучения интересуемого химического соединения, которое может вызвать поведенческую реакцию у насекомого данного вида. Источник питания можно выполнить с возможностью регулирования интенсивности испускаемого излучения.
[0020] Дополнительные особенности и преимущества, а также структура и принцип работы различных вариантов реализации настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации изобретения, описанными в настоящем документе. Такие варианты реализации изобретения приведены в настоящем документе только с иллюстративными целями. Дополнительные варианты реализации изобретения будут очевидны специалистам в данной области(ях) техники на основе идей, содержащихся в настоящем описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ/ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] Прилагаемые чертежи, включенные в настоящий документ и составляющие часть описания изобретения, иллюстрируют настоящее изобретение и вместе с указанным описанием дополнительно служат для объяснения принципов изобретения и предоставления специалисту в данной области техники возможности осуществить и использовать предложенное изобретение. На чертежах одинаковые ссылочные позиции указывают на идентичные или функционально похожие элементы. Кроме того, самая левая цифра(ы) ссылочного номера обозначает чертеж, на котором впервые появляется данная ссылочная позиция.
[0022] На фиг. 1 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации излучения интересуемого химического соединения (CCl) согласно одному из вариантов реализации изобретения.
[0023] На фиг. 2 схематически показан типичный экспериментальный инфракрасный (ИК) спектр поглощения CCl.
[0024] На фиг. 3 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации излучения CCl согласно одному из вариантов реализации изобретения.
[0025] На фиг. 4, 5 и 6 показаны блок-схемы математического моделирования молекулярных состояний CCl согласно вариантам реализации изобретения.
[0026] На фиг. 7 схематически показан типичный имитированный ИК-спектр поглощения CCl.
[0027] На фиг. 8 схематически показан типичный имитированный колебательный ИК-спектр возбужденного состояния CCl.
[0028] На фиг. 9 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации излучения CCl согласно одному из вариантов реализации изобретения.
[0029] На фиг. 10 показана блок-схема реализации способа экспериментального определения спектра излучения CCl согласно одному из вариантов реализации изобретения.
[0030] На фиг. 11 и 12 показаны принципиальные схемы устройств для вызова поведенческой реакции у насекомого определенного вида согласно вариантам реализации изобретения.
[0031] На фиг. 13 показана структурная схема компьютерной системы, в которой можно осуществить варианты реализации настоящего изобретения или части указанных вариантов.
[0032] Особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, приведенного ниже, при его рассмотрении совместно с чертежами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0033] Следующее подробное описание относится к прилагаемым чертежам и предназначено для иллюстрирования одного или более вариантов реализации изобретения, соответствующих настоящему описанию. Описанный вариант(ы) реализации просто иллюстрируют настоящее изобретение. Ссылки в подробном описании на «типичный вариант реализации изобретения», «пример такого варианта реализации изобретения» и т.п. указывают, что описанный вариант(ы) реализации изобретения может включать конкретный признак, устройство или характеристику, но каждый вариант реализации не обязательно может включать конкретный признак, устройство или характеристику. Более того, такие выражения не обязательно относятся к одному и тому же варианту реализации изобретения. Кроме того, при описании конкретного признака, устройства или характеристики в связи с вариантом реализации изобретения специалисты в данной области(ях) техники в пределах своих знаний могут осуществить такой признак, устройство или характеристику в связи с другими вариантами реализации изобретения, описанными или не описанными в явном виде.
[0034] Варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, приведены с иллюстративными целями и не являются ограничивающими. Возможны и другие варианты реализации изобретения, при этом указанные варианты можно подвергнуть модификациям в рамках сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, подразумевают, что подробное описание не ограничивает настоящее изобретение. Скорее, объем настоящего изобретения ограничен только в соответствии с прилагаемой ниже формулой изобретения и ее эквивалентами.
[0035] Некоторые варианты реализации настоящего изобретения можно выполнить в виде аппаратного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения, программного обеспечения или любой их комбинации. Некоторые варианты реализации настоящего изобретения также можно осуществить в виде команд, хранящихся на машиночитаемом носителе, которые могут быть считаны и выполнены одним или более процессорами. Машиночитаемый носитель может включать любое устройство для хранения или передачи информации в форме, читаемой машиной (например, вычислительным устройством). Например, машиночитаемый носитель может включать энергонезависимые машиночитаемые носители, такие как постоянное запоминающее устройство (ROM); оперативное запоминающее устройство (RAM); запоминающие носители на магнитных дисках; средства оптического хранения информации; устройства флеш-памяти; и другие устройства. В качестве другого примера, машиночитаемый носитель может включать промежуточный машиночитаемый носитель, такой как электрические, оптические, звуковые или другие формы распространяемых сигналов (например, несущие волны, инфракрасные сигналы, цифровые сигналы и т.п.). Кроме того, в настоящем документе программно-аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программы, команды могут быть описаны в виде выполнения определенных действий. Однако следует понимать, что такое описание сделано просто для удобства и что подобные действия фактически являются результатом работы вычислительных устройств, процессоров, контроллеров или других устройств, реализующих программно-аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программы, команды и т.д.
[0036] Следует понимать, что фразеологию или терминологию, используемую в настоящем документе, применяют для целей описания, а не ограничения, так что терминология или фразеология в настоящем описании должна быть интерпретирована специалистами в данной области(ях) техники с точки зрения идей, предложенных в настоящем изобретении.
[0037] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способы искусственной имитации интересуемого химического соединения (CCl), вызывающего поведенческие реакции у насекомого определенного вида. Варианты реализации настоящего изобретения также обеспечивают устройство для вызова поведенческих реакций у насекомого определенного вида. Вызов поведенческих реакций может быть в форме продуцирования реакций привлечения, отталкивания или беспорядочного движения у насекомого данного вида, как будет дополнительно описано ниже.
[0038] Согласно одному из вариантов реализации изобретения CCl испускает ЭМ излучение, такое как, но не ограничиваясь им, инфракрасное (ИК) излучение. Согласно различным примерам такого варианта реализации изобретения ЭМ излучение может быть испущено каким-либо видом люминесценции, например, фотолюминесценции, хемилюминесценции, электролюминесценции, термолюминесценции, электролюминесценции или любой их комбинации. Люминесценция представляет собой явление излучения телом света под действием любого процесса или способа, отличного от высокотемпературного излучения. Например, при фотолюминесценции молекулы вещества возбуждаются под действием поступающего ЭМ излучения таким образом, что излучают или испускают свет. Когда выделение ЭМ энергии при фотолюминесценции является мгновенным или прекращается после удаления возбуждающего ЭМ излучения, материал называют флуоресцентным. Флуоресценция представляет собой вид фотолюминесценции, происходящий, когда энергия (например, свет) из источника энергии возбуждения поглощается телом (или молекулой) при одной или более длинах волн и повторно испускается при одной или более других длинах волн. Фотонное излучение обычно имеет большую длину волны, чем источник возбуждения. Проще говоря, флуоресценция возникает, когда молекула, которая было возбуждена до более высокого энергетического состояния, релаксирует и возвращается на свое «основное» (или нейтральное) состояние, высвобождая один или более фотонов.
[0039] CCl может иметь спектр излучения, который отображает его реакцию на люминесценцию. Спектр излучения можно записать путем фиксирования длин волн возбуждения на одной или более конкретных длин волн при одновременном сканировании интенсивности одной или более длин волн излучения. CCl наряду с спектром излучения может также иметь определенный спектр поглощения. Спектр поглощения тела представляет собой кривую интенсивности поглощения части падающего излучения, поглощенного указанным телом, как функции длин волн, охватывающих электронные уровни энергии молекул в теле. Спектры поглощения можно записать для любого поглощающего материала. Кроме того, CCl может иметь характеристический спектр возбуждения как часть его спектра поглощения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения спектр возбуждения CCl совпадает с его спектром поглощения; согласно другому варианту реализации изобретения спектр возбуждения представляет собой часть его спектра поглощения. Для простоты обсуждения ссылки на спектр поглощения в приведенном ниже документе также применимы к спектру возбуждения.
[0040] CCl, применяемое согласно вариантам реализации настоящего изобретения, может включать пахучие вещества и химические сигнальные вещества, такие как, но не ограничиваясь ими, феромоны, кайромоны, алломоны и синомоны. Отличной справочной базой данных хорошо известных химических сигнальных веществ и феромонов является «The Pherobase» (www.pherobase.com), содержащая тысячи химических соединений и соответствующих формул. Люминесцентные характеристики CCl могут привести к испусканию ЭМ излучения с различными длинами волн в спектре излучения. Такие длины волн могут составлять, например, от 300 нм до 30 мкм. Указанный диапазон длин волн включает ультрафиолетовое излучение (УФ), видимый свет (ВИД) и ИК излучение. В настоящем документе УФ излучение включает длины волн от 10 нм до 400 нм, при этом соответствующие энергии фотонов составляют от 124 эВ до 3,10 эВ, видимый свет включает длины волн от 390 нм до 700 нм, при этом соответствующие энергии фотонов составляют от 3,18 эВ до 1,77 эВ, и ИК излучение включает длины волн от 700 нм до 30 мкм, при этом соответствующие энергии фотонов составляют от 1,77 эВ до 41,33 МэВ. В настоящем документе длины волн в спектре излучения называют длинами волн излучения. Указанные длины волн могут быть обнаружены насекомым определенного вида и вызвать изменение его поведения.
[0041] Если насекомое определенного вида чувствительно к излучению с конкретными длинами волн, например, те виды насекомых, которые чувствительны к специфическому химическому сигнальному веществу, такому как, но не ограничиваясь им, феромон, существуют несколько типов поведения, которые могут иметь место в результате воздействия на насекомое излучения с конкретными длинами волн. Первый тип поведения представляет собой влечение. Если длины волн излучения соответствуют длинам волн, генерируемым половым или агрегационным феромоном, насекомое определенного вида, которое обнаруживает излучение с такими длинами волн, можно привлечь или приманить к феромону, как если бы он представлял собой сигнал к спариванию или призыв к скоплению, соответственно. Второй тип поведения представляет собой отпугивание. Если излучение с конкретными длинами волн является слишком сильным или представляет собой нечто, что насекомое определенного вида будет воспринимать как угрозу, указанное насекомое может быть ошеломлено и напугано таким сигналом или может обратиться к тактике уклонения или укрытия в случае осознанной угрозы. Третий тип поведения представляет собой растерянность или хаотическую реакцию, возникающую, когда излучение с конкретными длинами волн приводит к нарушению нормального поведения насекомого определенного вида. Когда некоторые виды насекомых подвергают воздействию излучения с определенными длинами волн, их поведение нарушается. Такие виды насекомых могут, например, стать аномально активными за счет использования своих собственных энергетически ресурсов, так что они не могут спариваться надлежащим образом или умирают быстрее, чем можно ожидать. Истощение их энергетических ресурсов может также привести к появлению нездорового потомства, что, в конечном счете, приводит к общему снижению популяции насекомых.
[0042] На поведение разных видов насекомых может влиять излучение с различными длинами волн. Такие различные длины волн могут включать разные длины волн люминесценции одного и того же CCl или различные длины волн могут включать длины волн люминесценции нескольких CCl. Соответственно, одно CCl можно использовать в качестве аттрактанта, репеллента или средства, вызывающего нарушение поведения, для разных видов насекомых. Кроме того, один и тот вид насекомых может проявлять один тип реакции на одно CCl и другой тип реакции на другое CCl.
[0043] Несколько ограничений было обнаружено при применении ловушек или приманок для насекомых, в которых используют физическое CCl. Одно из ограничений состоит в снижении эффективности CCl в течение некоторого времени. Пониженная эффективность может быть обусловлена постепенным затуханием люминесценции CCl со временем и по мере использования и/или связана с уменьшением эффективности при увеличении расстояний от CCl. Для компенсации пониженной эффективности можно использовать большее количество ловушек, что делает указанный способ борьбы с вредителями дорогостоящим. Другим ограничением является невозможность отключения ловушек на основе CCl, когда они не используются.
[0044] Указанные ограничения можно преодолеть путем замены физического CCl на устройство, имитирующее CCl. Например, варианты реализации изобретения, обсуждаемые ниже, позволяют искусственно имитировать приведенные выше характеристики излучения CCl, так что нет необходимости в использовании реального физического CCl. В настоящем документе ради простоты CCl будет рассматриваться как излучение, испускаемое посредством фотолюминесценции, в частности, согласно приведенным ниже вариантам реализации изобретения, посредством флуоресценции. Следует понимать, что описанные ниже варианты реализации изобретения также применимы к CCl, имеющему любые из других люминесцентных характеристик, обсуждаемых выше.
СПОСОБ ИСКУССТВЕННОЙ ИМИТАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СОГЛАСНО ОДНОМУ ИЗ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0045] На фиг. 1 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации фотонного излучения CCl согласно одному из вариантов реализации изобретения.
[0046] На стадии 110 идентифицируют CCl. Идентификацию можно осуществить с использованием определенного вида насекомого, предназначенного для вызова одной или более поведенческих реакций, обсуждаемых выше. Примером может служить половой феромон, который, как известно, привлекает самцов индийской мучной моли.
[0047] На стадии 120 определяют спектр поглощения идентифицированного CCl. Спектр поглощения, включающий длины волн ИК излучения и/или длины волн УФ-ВИД излучения, можно определить из справочной таблицы, доступ к которой может обеспечить носитель данных. Согласно одному из вариантов реализации изобретения в справочной таблице хранятся предварительно определенные спектры поглощения различных CCl. Предварительно определенные спектры поглощения можно получить, например, экспериментальным путем или с помощью математического моделирования с использованием модели, описанной ниже со ссылкой на фиг. 4 и 5.
[0048] Согласно одному из вариантов реализации изобретения предварительно определенный экспериментальный спектр поглощения идентифицированного CCl получают с применением оптической спектроскопии, такой как, но не ограничиваясь ею, ИК-спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (ATR) с Фурье-преобразованием. В ATR-FTIR спектроскопии используется явление полного внутреннего отражения. При применении ATR-FTIR спектроскопии CCl можно разместить в тесном контакте с ATR кристаллом, который является прозрачным в ИК диапазоне частот. Пучок излучения из источника ИК излучения может проходить через ATR кристалл, что позволяет указанному пучку излучения отражаться внутри ATR кристалла несколько раз. Отражающийся пучок излучения может проникать на несколько нанометров в близко расположенное CCl. Такое проникновение может привести к поглощению CCl части отражающегося пучка излучения и, следовательно, указанный отражающийся пучок излучения может потерять энергию при длинах волн, поглощаемых CCl. Полученный в результате ослабленный пучок излучения, выходящий из ATR кристалла, можно обнаружить с помощью детектора, соединенного с устройством для обработки. Устройство для обработки позволяет определить спектр поглощения CCl от обнаруженного пучка излучения. Например, Error! Reference source not found, показан типичный ИК спектр поглощения CCl, определенный экспериментальным путем с применением ATR-FTIR спектроскопии.
[0049] Обратимся снова к фиг. 1, на стадии 130 к определенному спектру поглощения можно применить стоксовское смещение путем использования математической модели («ММ-130»). В настоящем документе стоксовское смещение относится к разнице длины волны или частоты между положениями максимумов полос в спектре поглощения и спектре излучения для одного и того же электронного перехода в молекуле. В настоящем документе максимум полосы относится к максимальному поглощению или излучению полосы в спектре поглощения или спектре излучения, соответственно. Поэтому, применение стоксовского смещения к длине волны полосы поглощения позволяет получить аппроксимированную длину волны соответствующей полосы излучения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения стоксовское смещение, применяемое к спектру поглощения, можно определить из спектров поглощения и излучения соединения, имеющего похожую молекулярную структуру, что и идентифицированное CCl. Альтернативно, стоксовское смещение можно определить путем молекулярного моделирования идентифицированного CCl. Для применения стоксовского смещения определенные значения стоксовского смещения можно загрузить в модель ММ-130 вместе с полученным спектром поглощения. Модель ММ-130 позволяет рассчитать боковое смещение спектра поглощения путем добавления определенных значений стоксовского смещения к соответствующим максимумам полос спектра поглощения.
[0050] Согласно одному из вариантов реализации изобретения стоксовское смещение можно применить ко всем максимумам полос поглощения в определенном спектре поглощения. Альтернативно, стоксовское смещение можно применить к выбранным одному или более основным спектральным пикам в определенном спектре поглощения. Например, пики 202, 204 и 206 в спектре поглощения, приведенном на фиг. 2, можно выбрать в качестве основных спектральных пиков. Используя модель ММ-130, можно применить стоксовское смещение, соответствующее пикам 202, 204 и 206. Согласно вариантам реализации изобретения выбранные один или более основные спектральные пики можно вручную ввести в модель ММ-130 или спектральные пики можно выбрать с помощью ММ-130 на основании критерия выбора, предусмотренного в модели ММ-130.
[0051] На стадии 140 спектр излучения идентифицированного CCl аппроксимируют на основе применения стоксовского смещения к спектру поглощения CCl, определенному на стадии 130. Согласно одному из вариантов реализации изобретения ММ-130 выдает приблизительный спектр излучения, соответствующий смещенному согласно правилу Стокса спектру поглощения CCl. Согласно другому варианту реализации изобретения ММ-130 выдает один или более основных спектральных пиков в спектре излучения идентифицированного CCl, соответствующих одному или более смещенным согласно правилу Стокса спектральным пикам в спектре поглощения идентифицированного CCl.
[0052] На стадии 150 на основе аппроксимированного спектра излучения идентифицированного CCl искусственно генерируют радиационный сигнал. Согласно вариантам реализации изобретения искусственное генерирование радиационного сигнала может включать разработку математической модели («ММ-150») на основе аппроксимированного спектра излучения или аппроксимированных одной или более основных длин волн спектра излучения. Согласно вариантам реализации изобретения разработанную модель ММ-150 можно использовать для программирования излучателя на испускание сигналов, соответствующих одной или более длинам волн аппроксимированного спектра излучения. Типичные варианты реализации излучателя и программирования излучателя описаны ниже со ссылкой на фиг. 11 и 12.
[0053] Следует понимать, что математические модели ММ-130 и ММ-150, описанные выше, могут представлять собой разные математические модели или могут быть частями математической модели, имеющей другие алгоритмы.
СПОСОБ ИСКУССТВЕННОЙ ИМИТАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СОГЛАСНО ДРУГОМУ ВАРИАНТУ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0054] На фиг. 3 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации фотонного излучения CCl на основе молекулярного моделирования CCl согласно другому варианту реализации изобретения. Error! Reference source not found.
[0055] На стадии 310 идентифицируют CCl. Идентификацию можно осуществить с использованием определенного вида насекомого, предназначенного для вызова одной или более поведенческих реакций, обсуждаемых выше. Примером CCl является основной компонент полового феромона, Z,Е-9,12-тетрадекадиенил ацетат, применяемый для привлечения самцов индийской мучной моли, некоторых других амбарных молей и некоторых взрослых самцов гусениц совки.
[0056] На стадии 320 моделируют или прогнозируют основные состояния молекулы идентифицированного CCl. Молекула может иметь дискретные уровни энергии. Самые низкие энергетические уровни, занятые электронами молекулы, называют основными состояниями молекулы. Основные состояния идентифицированного CCl можно смоделировать с применением метода молекулярного моделирования. Молекулярное моделирование можно сконцентрировать на прогнозировании поведения электронов в отдельных молекулах внутри CCl. Согласно различным вариантам реализации изобретения основные состояния можно смоделировать, применяя к молекулярному моделированию различные подходы, такие как полуэмпирические методы, методы молекулярной механики, методы молекулярной динамики, «неэмпирические» (или «первопринципные») методы определения электронной структуры или методы на основе теории функционала плотности (DFT). DFT также можно рассматривать как один из «неэмпирических» методов. Согласно различным вариантам реализации изобретения основные состояния можно смоделировать с применением «неэмпирических» методов, таких как, но не ограничиваясь ими, методы Хартри-Фока, методы, выходящие за рамки приближения Хартри-Фока, или методы на основе DFT. Метод Хартри-Фока представляет собой один из первых успешных методов и применяется в качестве отправной точки для более сложных методов, выходящих за рамки приближения Хартри-Фока. Методы, выходящие за рамки приближения Хартри-Фока, могут включать электронные корреляции, которые только усредняются в первоначальном методе Хартри-Фока. Можно использовать многоссылочные методы, связанные с методами, выходящими за рамки приближения Хартри-Фока, которые включают многоконфигурационное самосогласованное поле, многоссылочное конфигурационное взаимодействие с одно- и двукратными возбуждениями и теорию возмущений валентного состояния N-электронов. В перечисленных методах применяют более одного детерминанта и, соответственно, строго говоря, они не являются методами, выходящими за рамки приближения Хартри-Фока. Путем применения методов на основе DFT можно попытаться решить как проблему погрешности, так и высоких вычислительных нагрузок методов Хартри-Фока и методов, выходящих за рамки приближения Хартри-Фока, за счет замены многочастичной электронной волновой функции на электронную плотность в качестве основного параметра. Согласно различным вариантам реализации изобретения расчеты в методах на основе DFT можно выполнить с применением приближений локальной плотности (LDA), обобщенных градиентных приближений (GGA) или гибрида членов GGA и Хартри-Фока. Функционалы LDA содержат члены, связанные с электронной плотностью, тогда как функционалы GGA содержат члены, которые зависят как от электронной плотности, так и градиентов плотности. Гибридные методы могут обеспечить более точные расчеты за счет комбинирования функционалов GGA электронной плотности с поправкой Хартри-Фока на самовзаимодействие электронов.
[0057] Стадия 320 может включать подстадии 410-470, показанные на фиг. 4, которые участвуют в моделировании основных состояний идентифицированного CCl. На подстадии 410 выбирают метод молекулярного моделирования. Выбранный метод молекулярного моделирования может представлять собой один из описанных выше методов или любой другой общепринятый метод, подходящий для молекулярного моделирования химического соединения. На подстадии 420 выбирают алгоритм для выбранного метода молекулярного моделирования. Например, согласно одному из вариантов реализации изобретения для применения молекулярной модели DFT для моделирования основных состояний CCl можно выбрать алгоритм B3LYP. Алгоритм B3LYP представляет собой гибридный функционал, в котором энергию обменного взаимодействия, например, из обменного функционала Бекке, комбинируют с точной энергией из теории Хартри-Фока. Наряду с обменом компонентов и корреляционными функционалами три параметра определяют гибридный функционал, определяющий величину энергии обменного взаимодействия в гибридном функционале. Согласно одному из вариантов реализации изобретения выбранный алгоритм можно выполнить с применением программного обеспечения для гауссовского моделирования.
[0058] На подстадии 430 выбирают базисный набор для выполнения расчетов выбранной молекулярной модели. Например, согласно одному из вариантов реализации изобретения можно выбрать базисный набор 6-31G*. Базисный набор 6-31G*, определенный для атомов Н - Zn, представляет собой валентно-расщепленный (double-zeta) поляризационный базисный набор, который добавляет к набору 6-31G* шесть декартовых-гауссовских поляризационных функций d-типа на каждый из атомов Li - Са и десять декартовых-гауссовских поляризационных функций f-типа на каждый из атомов Sc - Zn. Базисный набор можно назвать набором функций (называемых базисными функциями), которые объединены в линейные комбинации (обычно в виде части квантово-химического расчета) для создания молекулярных орбиталей. Как правило, точность результатов может зависеть от степени электронной корреляции и размера используемого базисного набора. Согласно одному из вариантов реализации изобретения время обработки, необходимое для некоторых частей «неэмпирического» расчета или расчета DFT, может зависеть от количества базисных функций. Следовательно, стоимость расчетов может возрастать с увеличением размера базисного набора и количества электронных корреляций. Согласно одному из вариантов реализации изобретения выбранный базисный набор выполняют в пакете программного обеспечения для гауссовского моделирования.
[0059] На подстадии 440 осуществляют оптимизацию геометрии основного состояния для идентифицированного CCl. Оптимизация геометрии относится к методу, в котором берут грубые геометрические приближения и делают их как можно более точными. Согласно вариантам реализации изобретения исходная геометрия молекулы CCl, выбранного для оптимизации, может представлять собой изображение атомной структуры CCl, предоставленное производителем, или изображение атомной структуры CCl, созданное вручную с помощью графического интерфейса, такого как GaussView. Оптимизация геометрии может потребовать много циклов для перемещения атомов таким образом, чтобы минимизировать энергию. Такую минимизацию можно выполнить путем вычисления сил, действующих на каждый атом, и выполнения итерационной процедуры, при которой атомы слегка перемещают шаг за шагом до тех пор, пока градиент энергии не уменьшится до минимума. Градиент энергии можно рассматривать как производную энергии по движению всех атомов. Оптимизированную геометрию основного состояния можно обеспечить при градиенте энергии, равном нулю, что указывает на минимальные значения поверхностей потенциальной энергии (PES), в противном случае выбранная геометрия молекул может быть модифицирована и цикл оптимизации геометрии может быть повторен. Согласно одному из вариантов реализации изобретения оптимизацию геометрии выполняют в пакете программного обеспечения для гауссовского моделирования.
[0060] Вычисления при оптимизации геометрии на подстадии 440 могут дать идеализированное представление о положении ядер в молекулярной структуре CCl и пренебрегают колебаниями, происходящими в молекуле (приближение Борна-Оппенгеймера). В действительности, ядра в молекулах находятся в постоянном движении и в равновесных состояниях указанные колебания являются регулярными и предсказуемыми, причем молекулы можно идентифицировать по их характеристическим спектрам. Поэтому, чтобы учесть наличие указанных колебаний в молекулярной структуре CCl, на подстадии 450 можно рассчитать гармонические колебательные частоты на основе оптимизированной геометрии основных состояний CCl (подстадия 440). Расчеты частот зависят от второй производной энергии электрона по положениям ядер. Расчеты частот могут выдать собственные значения (частоты) и собственные векторы (нормальные моды). В выходных данных мнимые частоты могут быть представлены отрицательными частотами. Согласно одному из вариантов реализации изобретения расчеты частот можно выполнить в пакете программного обеспечения для гауссовского моделирования.
[0061] На подстадии 460 для получения имитированного ИК спектра поглощения идентифицированного CCl результаты расчетов частот представляют графически. Амплитуды колебаний можно рассчитать из интеграла момента переходов, используя различные функции гармонических колебаний. В расчетной гармонической колебательной частоте может содержаться систематическая ошибка по сравнению с экспериментальной фундаментальной колебательной частотой. Появление ошибки может быть отчасти связано с неточным описанием электрон-электронного взаимодействия и не учетом ангармоничности при расчетах амплитуды колебаний. Соответственно, для компенсирования известных отклонений между моделью и экспериментальными данными можно применить коэффициенты пересчета и/или в модели можно использовать расчеты для учета ангармоничности.
[0062] На подстадии 470 оценивают соответствие выбранной молекулярной модели (подстадия 410) для моделирования основных состояний идентифицированного CCl. Согласно одному из вариантов реализации изобретения указанную оценку осуществляют путем подгонки имитированного ИК спектра поглощения к экспериментально определенному ИК спектру поглощения идентифицированного CCl. Согласно другому варианту реализации изобретения оценку можно выполнить путем проверки количества мнимых частот при расчетах частот (подстадия 460). Наличие мнимых частот может указывать на неустойчивую модель основных состояний. Подстадии 410-470 можно повторять с другим выбранным базисным набором, алгоритмом, методом молекулярного моделирования или любой их комбинацией до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее соответствие между прогнозируемыми и экспериментальными ИК спектрами поглощения или не будет определена устойчивая модель.
[0063] Обратимся снова к фиг. 3, после моделирования основных состояний на стадии 320 ангармонические частоты в молекулярной структуре CCl рассчитывают на стадии 330. Ангармонические частоты можно рассчитать на основе оптимизированной геометрии основного состояния, полученной на подстадии 440. Хотя показано, что стадию 330 выполняют после стадии 320, согласно одному из вариантов реализации изобретения вместо этого расчет ангармонических частот на стадии 330 можно выполнить после стадии 340, описанной ниже, и/или в качестве части стадии 320 и/или части стадии 340. Согласно альтернативным вариантам реализации изобретения стадия 330 может представлять собой необязательную стадию.
[0064] На стадии 340 моделируют или прогнозируют возбужденные состояния молекулы идентифицированного CCl. Возбужденное состояние молекулы может относиться к любому квантовому состоянию молекулы, которое имеет более высокую энергию, чем основное состояние. Согласно различным вариантам реализации изобретения возбужденные состояния можно смоделировать с помощью различных методов молекулярного моделирования, таких как методы конфигурационного взаимодействия с учетом однократных возбуждений (CIS), методы нестационарной теории функционала плотности (TD-DFT), методы, выходящие за рамки приближения Хартри-Фока, или многоссылочные методы. Стадия 340 может включать подстадии 510-570, как показано на фиг. 5, которые участвуют в моделировании возбужденных состояний идентифицированного CCl. Дополнительно или альтернативно, стадия 340 может включать подстадии 610-670, как показано на фиг. 6, для моделирования возбужденных состояний идентифицированного CCl.
[0065] На подстадии 510 выбирают метод молекулярного моделирования. В качестве метода молекулярного моделирования можно выбрать один из описанных выше методов молекулярного моделирования возбужденных состояний. Последующие подстадии 520-530 аналогичны подстадиям 420-430, приведенным на фиг. 4 и описанным выше. На подстадии 540 одноточечный расчет возбужденных состояний осуществляют на основе оптимизации основного состояния, выполненного на подстадии 440, описанной выше.
[0066] На подстадии 550 расчеты частот можно выполнить как часть метода Франка-Кондона-Герцберга-Теллера. На подстадии 560 для получения имитированных УФ-ВИД спектров поглощения идентифицированного CCl результаты одноточечного расчета и любых расчетов частот представляют графически.
[0067] На подстадии 570 оценивают соответствие выбранной молекулярной модели для моделирования возбужденных состояний идентифицированного CCl. Подстадии 510-570 можно повторять с другим выбранным базисным набором, алгоритмом, методом молекулярного моделирования или любой их комбинацией до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее соответствие между прогнозируемыми и экспериментальными спектрами поглощения или не будет определена устойчивая модель.
[0068] На подстадии 610 выбирают метод молекулярного моделирования. В качестве метода молекулярного моделирования можно выбрать один из описанных выше методов молекулярного моделирования возбужденных состояний. Последующие подстадии 620-630 аналогичны подстадиям 420-430, приведенным на фиг. 4 и описанным выше. На подстадии 640 осуществляют оптимизацию геометрии возбужденного состояния. Подстадия 640 аналогична подстадии 440, приведенной на фиг. 4 и описанной выше.
[0069] На подстадии 650 расчеты частот осуществляют аналогичным образом, что и на подстадии 450, приведенной на фиг. 4 и описанной выше. На подстадии 660 для получения имитированного колебательного ИК-спектра возбужденного состояния идентифицированного CCl результаты расчетов частот представляют графически. Согласно одному из вариантов реализации изобретения другой расчет частоты, известный как метод Франка-Кондона-Герцберга-Теллера, позволяет определить дополнительное стоксовское смещение имитированного УФ-ВИД спектра излучения CCl. Имитированный УФ-ВИД спектр излучения можно получить из оптимизированной геометрии возбужденного состояния.
[0070] На подстадии 670 осуществляют оценку путем проверки количества мнимых частот при расчетах частот (подстадия 660). Наличие мнимых частот может указывать на неустойчивую модель возбужденных состояний. Подстадии 610-670 можно повторять с другим выбранным базисным набором, алгоритмом, методом молекулярного моделирования или любой их комбинацией до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее соответствие между прогнозируемыми и экспериментальными спектрами поглощения или не будет определена устойчивая модель.
[0071] Обратимся снова к фиг. 3, после моделирования возбужденных состояний (стадия 340) на стадии 350 получают имитированный ИК спектр излучения на основе расчетов частот согласно выбранной молекулярной модели для смоделированных возбужденных и основных состояний.
[0072] На стадии 360 искусственно генерируют радиационный сигнал на основе спектра излучения идентифицированного CCl. Искусственное генерирование радиационного сигнала может включать разработку математической модели («ММ-360») на основе смоделированного спектра излучения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения разработанную модель ММ-360 можно использовать для программирования излучателя на испускание сигналов, соответствующих длинам волн смоделированного спектра излучения. Согласно другому варианту реализации изобретения модель ММ-360 используют для выбора одной или более основных длин волн смоделированного спектра излучения на основании критерия выбора, предложенного в ММ-360 и программирования излучателя на испускание сигналов, соответствующих указанным выбранным одной или более основным длинам волн. Типичные варианты реализации излучателя и программирования излучателя описаны ниже со ссылкой на фиг. 11 и 12.
[0073] На фиг. 7 и 8 показаны графики типичного имитированного ИК спектра поглощения и типичного имитированного колебательного ИК спектра возбужденного состояния молекулы феромона, соответственно, определенные с применением метода молекулярного моделирования, аналогичного методу, описанному выше со ссылкой на фиг. 3, 4, 5 и 6.
МЕТОД ИСКУССТВЕННОЙ ИМИТАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СОГЛАСНО ДРУГОМУ ВАРИАНТУ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0074] На фиг. 9 показана блок-схема реализации способа искусственной имитации фотонного излучения CCl согласно другому варианту реализации изобретения.
[0075] На стадии 910 идентифицируют CCl. Идентификацию можно осуществить с использованием определенного вида насекомого, предназначенного для вызова одной или более поведенческих реакций, обсуждаемых выше. Примером может служить половой феромон, который, как известно, привлекает самцов индийской мучной моли.
[0076] На стадии 920 спектр излучения идентифицированного CCl определяют экспериментально с применением оптической спектроскопии, такой как, но не ограничиваясь ею, инфракрасная спектроскопия на основе преобразования Фурье (FT-IR). Типичные стадии, участвующие в определении ИК спектра излучения идентифицированного CCl с помощью FT-IR спектроскопии, показаны на фиг. 10. На стадии 1010 идентифицированное CCl облучают пучком некогерентного и непрерывного излучения от термического источника ИК-излучения. Далее на стадии 1020 излучение от облученного CCl направляют в интерферометр, такой как интерферометр Майкельсона. На стадии 1030 указанный интерферометр генерирует сигнал на интерферограмме, соответствующий длинам волн излучения, полученного от облученного CCl. Сгенерированный сигнал на интерферограмме обладает уникальным свойством, которое состоит в том, что каждая информационная точка сигнала несет информацию о каждой инфракрасной частоте излучения, полученного от облученного CCl. На следующей стадии 1040 сигнал на интерферограмме обнаруживают с помощью детектора, соединенного с устройством для обработки. На стадии 1050 устройство для обработки может осуществить Фурье-преобразование обнаруженной интерферограммы для выполнения спектрального анализа излучения от облученного CCl.
[0077] Обратимся снова к фиг. 9, после стадии 920 ИК радиационный сигнал искусственно генерируют на стадии 930 на основе определенного экспериментальным путем спектра излучения. Искусственное генерирование ИК радиационного сигнала может включать разработку математической модели («ММ-930») на основе определенного экспериментальным путем спектра излучения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения разработанную модель ММ-930 можно использовать для программирования излучателя на испускание ИК сигналов, соответствующих длинам волн определенного экспериментальным путем спектра излучения. Согласно другому варианту реализации изобретения модель ММ-930 используют для выбора одной или более основных длин волн определенного экспериментальным путем спектра излучения на основании критерия выбора, предложенного в модели ММ-930, и для программирования излучателя на испускание ИК сигналов, соответствующих указанным выбранным одной или более основным длинам волн. Типичные варианты реализации излучателя и программирования излучателя описаны ниже со ссылкой на фиг. 11 и 12.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕДЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННОГО ВИДА НАСЕКОМЫХ СОГЛАСНО ОДНОМУ ИЗ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0078] На фиг. 11 показана принципиальная схема устройства 1100 для вызова поведенческих реакций у насекомого определенного вида согласно одному из вариантов реализации изобретения. Устройство 1100 включает корпус 1110, излучатель 1120, направляющее устройство 1130, устройство 1140 для обработки, источник 1150 питания, датчики 1141 погоды и датчики 1142 состояния окружающей среды.
[0079] Согласно одному из вариантов реализации изобретения корпус 1110 выполнен с возможностью удерживания излучателя 1120 и направляющего устройства 1130. Хотя, как показано на фиг. 11, источник 1150 питания и устройство 1140 для обработки размещены за пределами корпуса 1110, их можно поместить внутри корпуса 1110 согласно альтернативным вариантам реализации изобретения. Корпус 1110 не ограничен формой с прямыми боковыми стенками, как схематически показано на фиг. 11; предпочтительнее его можно выполнить таким образом, чтобы он имел любую геометрическую форму, такую как, но не ограничиваясь ими, кубовидная, цилиндрическая, сферическая или эллиптическая форма. Как показано на фиг. 11, боковая сторона 1111 корпуса 1110 может пропускать направленное излучение 1121, испускаемое излучателем 1120. Согласно одному из вариантов реализации изобретения оптически прозрачная сторона 1111 может содержать окно, пропускающее УФ, ВИД или ИК излучение (не показано), стратегически расположенное таким образом, чтобы обеспечить испускание направленного излучения 1121 из излучателя 1120. Альтернативно, оптически прозрачная сторона 1111 может содержать окно (не показано), которое образует сторону 1111 корпуса 1110. Согласно одному из вариантов реализации изобретения корпус 1110 выполнен таким образом, что он является устойчивым против атмосферных воздействий и может быть установлен или портативно развернут в сельскохозяйственных районах и в местах хранения зерна.
[0080] Согласно одному из вариантов реализации изобретения излучатель 1120 содержит кожух 1122, излучающий источник 1160 и систему 1170 оптических фильтров. Кожух 1122 можно выполнить с возможностью удерживания излучающего источника 1160 и системы 1170 оптических фильтров. Излучающий источник 1160 можно выполнить с возможностью испускания излучения 1161. Излучающий источник 1160 может включать одно или более устройств, таких как, но не ограничиваясь ими, идеальный излучатель, один или более светоизлучающих диодов или один или более лазеров. Система 1170 оптических фильтров может включать множество оптических фильтров, при этом каждый оптический фильтр выполнен с возможностью селективного пропускания различных длин волн или разного набора длин волн УФ, ВИД или ИК излучения 1161. Оптически отфильтрованное излучение 1171 может быть испущено излучателем 1120 через отверстие 1123, содержащееся в кожухе 1122. Альтернативно, излучатель 1120 может включать только излучающий источник 1160.
[0081] Согласно одному из вариантов реализации изобретения направляющее устройство 1130 выполнено с возможностью направления отфильтрованного излучения 1171, выходящего их кожуха 1122 излучателя 1120, в нужном направлении. Согласно одному из вариантов реализации изобретения положение направляющего устройства 1130 можно регулировать с помощью основного контроллера (не показано).
[0082] Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки соединено с излучателем 1120. Устройство 1140 для обработки можно выполнить с возможностью программирования излучателя 1120 на испускание излучения 1171 с одной или более длинами волн спектра излучения одного или более CCls, идентифицированных для вызова поведенческих реакций у насекомого заданного вида. Программирование излучателя 1120 может включать выполнение математической модели или внутреннее хранение или прием с помощью проволочной или беспроволочной телеметрии результатов выполненной извне математической модели, такой как, но не ограничиваясь ими, ММ-150, ММ-360 или ММ-930, для одного или более CCls. Указанные математические модели, описанные выше со ссылкой на фиг. 1, 3, 4, 5 и 6, можно разработать на основе спектра излучения CCl, определенного экспериментальным путем, полуэкспериментальным путем или путем моделирования. Путем выполнения одной или более из перечисленных указанных математических моделей устройство 1140 для обработки позволяет обеспечить работу излучающего источника 1160 и выбрать оптические фильтры в системе 1170 оптических фильтров для генерирования излучения 1171. Спектр сгенерированного излучения 1171 может имитировать эмпирический или смоделированный спектр излучения или основные длины волн CCls, идентифицированных для вызова поведенческих реакций у насекомого заданного вида. Спектр сгенерированного излучения 1171 может также включать дополнительные длины волн, которые не были экспериментально определены или смоделированы. Спектр сгенерированного излучения 1171 может также включать только подгруппу от общего количества экспериментально определенных или смоделированных длин волн.
[0083] Согласно одному из вариантов реализации изобретения источник 1150 питания соединен с излучателем 1120. Источник 1150 питания может представлять собой аккумулятор или любой вид электрического питания, в том числе, но не ограничиваясь ими, регулируемое или нерегулируемое электроснабжение, солнечные элементы и блоки электропитания, которые можно регулировать или модулировать извне для получения переменных напряжений, токов и форм колебаний. Источник 1150 питания можно выполнить с возможностью регулирования интенсивности излучения 1171, испускаемого излучателем 1120. Интенсивность излучения 1171 можно контролировать путем регулирования мощности излучающего источника 1160. Увеличение интенсивности излучения 1171 может привести к увеличению объемной области, в которой можно воздействовать на поведение насекомого определенного вида. Чем больше интенсивность излучения 1171, тем больше вероятность, что насекомое определенного вида сможет обнаружить излучение и прореагировать на него. Кроме того, регулирование мощности излучения 1171 может обеспечить преимущества с экологической точки зрения по сравнению с пестицидами, применяемыми для контроля популяции насекомых-вредителей. Хотя пестициды, применяемые на участке, обычно уничтожают насекомых заданного вида на данном участке, контролирование излучаемой мощности может ограничить размножение насекомых заданного вида вместо того, чтобы уничтожить их, что, тем самым, помогает минимизировать нарушение экологической среды.
[0084] Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки выполнено с возможностью генерирования источником 1150 питания различных видов излучений из излучающего источника 1160. Примеры различных видов излучений включают, но не ограничиваются ими, модуляцию непрерывной волной, импульсную модуляцию, широтно-импульсную модуляцию, амплитудную модуляцию, частотную модуляцию или любую их комбинацию. Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки может быть дополнительно выполнено с возможностью программного регулирования источника 1150 питания и излучающего источника 1160 в дневное время, ночное время или в любое время суток. Датчики 1141 погоды и датчики 1142 состояния окружающей среды могут быть соединены с устройством 1140 для обработки, что позволяет указанному устройству 1140 для обработки осуществлять независимый алгоритмический контроль за источником 1150 питания и излучающим источником 1160 в зависимости от условий окружающей среды или погодных условий. Например, устройство 1140 для обработки может отключить источник 1150 питания и излучающий источник 1160 в случае дождя, падения температуры ниже предварительно определенных предельных значений или превышения указанных предельных значений или в дневное или ночное время. Устройство 1140 для обработки можно подключить непосредственно или косвенно к устройствам для ввода данных с клавиатуры, экранам дисплеев, различным устройствам ввода-вывода и другим вспомогательным устройствам (не показано), хорошо известным специалистам в данной области техники.
[0085] Согласно одному из вариантов реализации изобретения излучающий источник 1160 можно непосредственно подключить к источнику 1150 питания. Излучающий источник 1160 может представлять собой один светодиод или систему светодиодов, испускающих излучение с одной или более длинами волн спектра излучения одного или более CCls, идентифицированных для вызова поведенческих реакций у насекомого заданного вида.
[0086] Следует отметить, что для простоты устройство 1100, показанное на фиг. 11, содержит только одну систему из излучающего устройства 1160, системы 1170 оптических фильтров и направляющего устройства 1130 для испускания излучения 1121 через только одну сторону 1111 корпуса 1110. Однако, как будет понятно опытному специалисту в данной области техники из приведенного в настоящем документе описания, устройство 1100 может быть выполнен с возможностью испускания излучения через другие оптически прозрачные стороны корпуса 1110 или может включать любое количество таких систем, выполненных с возможностью испускания указанного излучения через другие оптически прозрачные стороны корпуса 1110. Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1100 может просто содержать источник 1150 питания и излучающий источник 1160, выполненный с возможностью испускания излучения 1161.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕДЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННОГО ВИДА НАСЕКОМЫХ СОГЛАСНО ДРУГОМУ ВАРИАНТУ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0087] На фиг. 12 показана принципиальная схема устройства 1200 для вызова поведенческих реакций у насекомого определенного вида согласно другому варианту реализации изобретения. Устройство 1200 содержит корпус 1210, излучатель 1220, направляющую систему 1230, устройство 1140 для обработки, источник 1150 питания, датчики 1141 погоды и датчики 1142 состояния окружающей среды.
[0088] Согласно одному из вариантов реализации изобретения корпус 1210 выполнен с возможностью удерживания излучателя 1120 и направляющей системы 1230. Согласно типичному варианту реализации изобретения корпус 1210 может пропускать направленные излучения 1121, испускаемые излучателем 1120. Как показано на фиг. 12, согласно типичному варианту реализации изобретения стороны 1211 и 1212 корпуса 1210 можно выполнить с возможностью оптического пропускания излучений 1121, испускаемых в нескольких направлениях излучателем 1220. Оптически прозрачные стороны 1211 и 1212 каждая могут содержать окно (не показано), пропускающее УФ, ВИД или ИК излучение, стратегически расположенное таким образом, чтобы обеспечить испускание направленного излучения 1121. Альтернативно, стороны 1211 и 1212 каждая могут содержать прозрачное окно (не показано), образующее стороны 1211 и 1212 корпуса 1210. Альтернативно, все стороны корпуса 1200 могут пропускать излучения, испускаемые излучателем 1220.
[0089] Согласно одному из вариантов реализации изобретения излучатель 1220 содержит кожух 1122, излучающий источник 1260 и систему 1170 оптических фильтров. Кожух 1122 можно выполнить с возможностью удерживания излучающего источника 1260 и системы 1170 оптических фильтров. Излучающий источник 1260 можно выполнить с возможностью испускания излучения 1261 в нескольких направлениях. Излучающий источник 1260 может включать одно или более устройств, таких как, но не ограничиваясь ими, идеальный излучатель или светоизлучающие диоды. Система 1170 оптических фильтров может включать множество оптических фильтров, при этом каждый оптический фильтр выполнен с возможностью селективного пропускания различных длин волн или разного набора длин волн излучения 1161. Оптически отфильтрованное излучение 1171 может быть испущено излучателем 1120 через отверстия 1123, содержащиеся в кожухе 1122 (фиг. 12).
[0090] Согласно одному из вариантов реализации изобретения направляющая система 1230 включает множество направляющих устройств, аналогичных направляющему устройству 1130. Согласно различным вариантам реализации изобретения положение каждого направляющего устройства 1130 можно регулировать с помощью основного контроллера или отдельного контроллера (не показано).
[0091] Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки соединено с излучателем 1220. Устройство 1140 для обработки можно выполнить с возможностью программирования излучателя 1220 способом, аналогичным тому, который описан для излучателя 1120 со ссылкой на фиг. 11. Источник 1150 питания можно соединить с излучателем 1220 и можно выполнить с возможностью регулирования интенсивностей излучения 1171, испускаемого излучателем 1220. Интенсивность излучения 1171 можно контролировать путем регулирования мощности излучающего источника 1260. Источник 1150 питания может представлять собой аккумулятор или любой вид электрического питания, в том числе, но не ограничиваясь ими, регулируемое или нерегулируемое электроснабжение, солнечные элементы и блоки электропитания, которые можно регулировать или модулировать извне для получения переменных напряжений, токов и форм колебаний.
[0092] Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки выполнено с возможностью генерирования источником 1150 питания различных видов излучений из излучающего источника 1260 способом, аналогичным тому, который описан для излучающего источника 1160 со ссылкой на фиг. 11. Согласно одному из вариантов реализации изобретения устройство 1140 для обработки может быть дополнительно выполнено с возможностью программного регулирования источника 1150 питания и излучающего источника 1260 в дневное время, ночное время или в любое время суток. Датчики 1141 погоды и датчики 1142 состояния окружающей среды могут быть соединены с устройством 1140 для обработки, что позволяет указанному устройству 1140 для обработки осуществлять независимый алгоритмический контроль за источником 1150 питания и излучающим источником 1260 в зависимости от условий окружающей среды или погодных условий. Например, устройство 1140 для обработки может отключить источник 1150 питания и излучающий источник 1260 в случае дождя, падения температуры ниже предварительно заданных предельных значений или превышения указанных предварительно определенных значений или в дневное или ночное время. Устройство 1140 для обработки можно подключить непосредственно или косвенно к устройствам для ввода данных с клавиатуры, экранам дисплеев, различным устройствам ввода-вывода и другим вспомогательным устройствам (не показано), хорошо известным специалистам в данной области техники.
ТИПИЧНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА
[0093] Различные аспекты настоящего изобретения можно реализовать в программном обеспечении, программно-аппаратном обеспечении, аппаратном обеспечении или их комбинации. Error! Reference source not found. 13 представляет собой иллюстрацию типичной компьютерной системы 1300, в которой варианты реализации настоящего изобретения или их части могут быть осуществлены в виде машиночитаемого кода. Например, способы, проиллюстрированные на блок-схемах 100, 300, 400, 500, 600, 900 и 1000 на фиг. 1, 3-6 и 9-10, соответственно, можно воплотить в системе 1300. Различные варианты реализации настоящего изобретения описаны в терминах указанной типичной компьютерной системы 1300. После прочтения настоящего описания для специалистов в данной области техники станет очевидно, как осуществить варианты реализации настоящего изобретения с использованием других компьютерных систем и/или компьютерных архитектур.
[0094] Следует отметить, что моделирование, синтез и/или производство различных вариантов реализации настоящего изобретения можно осуществить, помимо прочего, путем применения машиночитаемого кода, включающего общие языки программирования (такие как С или С++), языки описания аппаратных средств (HDL), такие как, например, Verilog HDL, VHDL, Altera HDL (AHDL), или другие доступные инструментальные программные средства и/или средства ввода схемы (такие как средства построения цепей). Указанный машиночитаемый код можно расположить на любом известном применяемом в компьютере носителе, в том числе полупроводнике, магнитном диске, оптическом диске (таком как CD-ROM, DVD-ROM). По существу, указанный код можно передавать через коммуникационные сети, включая интернет. Понятно, что выполненные функции и/или структуры, обеспеченные системами и техническими средствами, описанными выше, могут быть отображены в памяти.
[0095] Компьютерная система 1300 включает один или более процессоров, таких как процессор 1304. Процессор 1304 соединен с коммуникационной инфраструктурой 1306 (например, шиной или сетью).
[0096] Компьютерная система 1300 также включает оперативную память 1308, такую как оперативное запоминающее устройство (RAM), и может также включать вспомогательную память 1310. Вспомогательная память 1310 может включать, например, дисковод 1312 для жестких дисков, сменное устройство 1314 памяти и/или карту памяти. Сменное устройство 1314 памяти может включать накопитель на гибких дисках, накопитель на магнитной ленте, накопитель на оптических дисках, флеш-память или т.п. Сменное устройство 1314 памяти считывает информацию со съемного устройства 1318 хранения данных и/или записывает информацию на указанное устройство 1318 хорошо известным способом. Съемное устройство 1318 хранения данных может включать гибкий магнитный диск, магнитную ленту, оптический диск, флеш-накопитель и т.п., при этом сменное устройство 1314 памяти может считывать информацию с перечисленных устройств и записывать на них информацию. Как будет понятно специалистам в данной области, съемное устройство 1318 хранения данных включает машиночитаемый носитель данных, содержащий хранящееся в нем компьютерное программное обеспечение и/или информацию.
[0097] Компьютерная система 1300 (необязательно) содержит дисплейный интерфейс 1302 (который может включать устройства 1303 ввода и вывода данных, такие как клавиатуры, мышки и т.п.), который передает графические данные, текст и другую информацию от коммуникационной инфраструктуры 1306 (или от кадрового буфера, не показано) для дисплея на дисплей 1330.
[0098] Согласно альтернативным вариантам воплощения вспомогательная память 1310 может включать другие похожие устройства, которые позволяют загружать компьютерные программы или другие команды в компьютерную систему 1300. Такие устройства могут включать, например, съемное устройство 1322 хранения данных и интерфейс 1320. Примеры таких устройств включают программный картридж и интерфейс картриджа (например, устройства, имеющиеся в приставках для видеоигр), съемную интегральную схему (например, EPROM или PROM) и соединительное гнездо и другие съемные устройства 1322 хранения данных и интерфейсы 1320, которые обеспечивают перенос программного обеспечения и информации от съемного устройства 1322 хранения данных к компьютерной системе 1300. [0099] Компьютерная система 1300 может также включать коммуникационный интерфейс 1324. Коммуникационный интерфейс 1324 обеспечивает перенос программного обеспечения и данных между компьютерной системой 1300 и внешними устройствами. Коммуникационный интерфейс 1324 может включать модем, сетевой интерфейс (такой как коммуникационная плата Ethernet), коммуникационный порт, разъем PCMCIA и карточку PCMCIA и т.п. Программное обеспечение и данные, передаваемые через интерфейс 1324, находятся в форме сигналов, которые могут представлять собой электронные, электромагнитные, оптические или другие сигналы, которые могут быть приняты коммуникационным интерфейсом 1324. Указанные сигналы поступают на коммуникационный интерфейс 1324 по каналу 1326 передачи данных. Канал 1326 передачи данных переносит сигналы и может быть выполнен с применением провода или кабеля, оптоволоконного кабеля, телефонной линии, сотовой связи, соединительного радиотракта или других коммуникационных каналов.
[0100] В настоящем документе термины «среда для хранения компьютерных программ» и «машиночитаемый носитель данных» используют в общем для обозначения энергонезависимого носителя, такого как съемное устройство 1318 хранения данных, съемное устройство 1322 хранения данных и жесткий диск, вставленный в дисковод 1312 для жестких дисков. Среду для хранения компьютерных программ и машиночитаемый носитель данных можно также отнести к памяти, такой как оперативная память 1308 и вспомогательная память 1310, которые могут представлять собой полупроводниковые запоминающие устройства (например, цифровые автоматизированные измерительно-регистрирующие системы и т.п.). Указанные компьютерные программные продукты предоставляют программное обеспечение компьютерной системе 1300.
[0101] Компьютерные программы (также называемые компьютерными логическими схемами) хранятся в оперативной памяти 1308 и/или вспомогательной памяти 1310. Компьютерные программы также могут быть получены с помощью коммуникационного интерфейса 1324. Такие компьютерные программы, при выполнении, позволяют компьютерной системе 1300 осуществлять варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе. В частности, компьютерные программы, при исполнении, позволяют процессору 1304 выполнять процессы согласно вариантам реализации настоящего изобретения, например, стадии в способах, показанных на блок-схемах 100, 300, 400, 500, 600, 900 и 1000 на фиг. 1, 3-6 и 9-10, соответственно, можно выполнить в системе 1300, обсуждаемой выше. При воплощении вариантов реализации настоящего изобретения с применением программного обеспечения указанное программное обеспечение можно хранить в компьютерном программном продукте и загружать в компьютерную систему 1300, используя сменное устройство 1314 памяти, интерфейс 1320, накопитель на жестких дисках 1312 или коммуникационный интерфейс 1324.
[0102] Варианты реализации настоящего изобретения также относятся к компьютерным программным продуктам, содержащим программное обеспечение, хранящееся на любом машиночитаемом носителе данных. Такое программное обеспечение при выполнении в одном или более устройств для обработки данных заставляет устройство(а) для обработки данных работать, как описано в настоящем документе. В вариантах реализации настоящего изобретения применяют любой машиночитаемый носитель, известный в настоящее время или в будущем. Примеры машиночитаемых носителей данных включают, но не ограничиваются ими, энергонезависимые основные запоминающие устройства (например, любой тип оперативного запоминающего устройства) и энергонезависимые вспомогательные запоминающие устройства (например, накопители на жестких дисках, гибкие магнитные диски, CD ROMS, zip-диски, ленты, магнитные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, микроэлектромеханические системы (MEMS), нанотехнологические запоминающие устройства и т.п.). В вариантах реализации настоящего изобретения можно альтернативно использовать коммуникационные среды (например, проволочные или беспроволочные коммуникационные сети, локальные вычислительные сети, региональные вычислительные сети, интрасети и т.п.).
[0103] Хотя выше были описаны различные варианты реализации настоящего изобретения, следует понимать, что они были приведены в качестве примера, а не ограничения. Специалистам в данной области(ях) техники будет очевидно, что различные изменения в форме и деталях могут быть сделаны без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не должно быть ограничено каким-либо из описанных выше типичных вариантов реализации, но должно определяться только в соответствии с прилагаемой ниже формулой изобретения и ее эквивалентами.