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手機聲音雷達識別蚊子種類,有效滅蚊需要全民參與 | 早期實驗室

編者按:夏天, 最讓人煩惱的事情之一就是蚊子了。 對我們來說, 蚊子還只是煩人而已, 而在那些貧困地區, 蚊子所傳染的疾病能造成千千萬萬人的死亡。 最近, 科學家想到了一個相對簡單卻有效地追蹤蚊子的方法, 通過手機來檢測蚊子的種類了。

靈感

週五晚間, Haripriya Mukundarajan正在試圖記錄蚊子翅膀發出的煩人的嗡嗡聲。

想與蚊子以及他們所攜帶的疾病作鬥爭, 你就必須要知道它們是誰, 從哪裡來, 現在在哪裡。 在逮捕、計數和識別昆蟲的問題上, 我們做過很多無用功。 Mukundarajan發現了一種更簡單的方法。 蚊子通過拍打翅膀讓自己飛翔,

同時發出了惱人的聲音。 如果可以找到一種簡單的跟蹤聲音的方法, 就可以發明一種簡單的蚊子探測器。 於是, 在斯坦福大學的實驗室, 她的導師Manu Prakash與她一起, 用他們借來的高性能麥克風進行了世界上最無聊的錄音會議。

突然她的手機響了。

聽到手機鈴聲的那一刻, 她突然有了一個想法, 手機是否也可以檢測蚊子的嗡嗡聲。 於是她把手機放進籠子裡, 發現手機像高級麥克風一樣好用。 她說:“我們意識到, 人們的口袋裡就裝有蚊子探測器。 ”

蚊子的嗡嗡聲不僅揭示了它的存在, 也揭露了它的身份。 每個物種似乎都以自己獨特的音調嗡嗡作響, Mukundarajan和Prakash已經證明, 手機麥克風的解析度足以用於對昆蟲的分類。

他們已經在Shazam為蚊子的聲音創造了數位指紋。 Prakash說:“我告訴人們世界上有3500種蚊子, 他們大笑不已。 對他們來說, 這只是一隻蚊子。 如果我們要正確對待這些疾病, 我們首先要改變這種觀念。 ”

在貧困國家, 蚊子傳播的疾病尤為盛行。 科學家們通常會在特定村莊的幾棟房屋內設置陷阱來監測昆蟲。 經驗豐富的技術人員需要在顯微鏡下識別, 然後對昆蟲進行篩選。 由此產生的資料是很珍貴、來之不易的, 但也是有限的。 格拉斯哥大學的希瑟·弗格森(Heather Ferguson)說:“開發易於使用、低成本的大規模蚊蟲監控系統需求巨大, 且需求越來越多。 ”他認為Mukundarajan可能找到了一個。 “這是一個非常有創意的解決方案。 ”

手機聲音雷達追蹤蚊子

全球有52億手機用戶。

世界上受蚊蟲叮咬最嚴重的地區:非洲, 亞洲和拉丁美洲的手機用戶市場正在蓬勃發展。 並且Mukundarajan證實, 即使是“我們曾經在中學時代使用的老式翻蓋手機”也可以準確記錄實驗室中昆蟲的聲音。 “這讓我們相信, 手機監控可能真的會成為全球蚊子跟蹤的解決方案。 ”

在疾病控制和預防中心(CDC), Mukundarajan將她更新後的翻蓋手機帶入了蚊子孵化場, 並記錄了能夠攜帶19種疾病的蚊子的聲音。 在大多數情況下, 僅通過聲音就可以識別它們。 但在兩個物種相似的情況下, 時間和地點將提供重要的線索。 例如, 攜帶瘧疾的甘比亞按蚊與攜帶寨卡病毒的埃及伊蚊的音調重疊。 但前者會在晚上進行叮咬, 而後者則是在白天。 這麼多蚊子中, 只有幾對物種無法區分。

但是即使像埃及伊蚊和白紋伊蚊這樣非常相似的蚊子, 也很容易分辨。

如果距離太遠, 手機則無法記錄。 您只能成功記錄距手機5釐米以內的蚊子。 這樣的話, 手機識別蚊子看來就不可行了。 但, 實際上你不需要在空中追逐盤旋飛行的蚊子。 “你發現一隻蚊子, 等著它停下來, 把手機靠近, ”Prakash說。 “我們只需要蚊子飛走那一瞬間的嗡嗡聲。 ”

Prakash團隊在該領域取得了成功。 即使每只蚊子的音調隨著年齡、大小和健康狀況的變化而改變, 這些改變也不會大到影響個體飛行的頻率範圍。 這樣說吧:一些蚊子可能天生是女高音, 其他的可能天生是男高音, 但每個蚊子都有完整的發聲範圍。 這意味著Mukundarajan可以成功地將野生的自由飛行的昆蟲與她在CDC建立的資料庫進行匹配。

全民參與

其他人也可以做到。 她和Prakash招募了一批志願者來測試他們的技術。 在加利福尼亞州的大盆地紅杉州立公園, 一個由13名徒步旅行者組成的團隊。 使用他們的手機, 在短短3個小時內就記錄了大約125只蚊子的聲音。 該團隊在馬達加斯加的拉諾馬法納(Ranomafana)村內的一條繁忙的街道上重複了這項活動。 “這些都是志願者新手, ”Prakash說。 “我只培訓了他們半小時, 然後讓他們自己記錄。 這是為了證明:每個人都能夠記錄蚊子的聲音。 ”

這是Prakash最喜歡的事情。 我以前談到過他的廉價折疊顯微鏡Foldscope。 一個可以用一張紙折疊起來的、1美元的口袋顯微鏡。 以及他的紙制離心機Paperfuge。 一個以兒童玩具為模型的20美分的設備。 甚至可以取代體積龐大、昂貴的實驗室離心機。由於這些發明,Prakash在2016年獲得了令人垂涎的625000美元的麥克亞瑟天才補助金。所以,將手機變成蚊子檢測器只是他想將科學帶給大眾的一個小專案。

該小組已將一份描述他們工作的文件上傳到了bioRxiv伺服器上,並將其交給了其他同行進行評議。在此期間,Ferguson指出,該技術尚未完全準備好。該團隊需要證明,他們可以在許多蚊子同時飛行、並且背景嘈雜的情況下,分辨出所有的蚊子。但她補充說:“如果有一個有效的、以電話為基礎的、測量蚊子活動的工具,我確信自己和很多同事會非常樂於使用它。”

其他科學家也採取了類似的做法。牛津大學的瑪麗安娜•辛卡(Marianne Sinka)正在設計一種可以遠距離檢測蚊子的聲學感測器。她說:“讓人們和科學家們跟在蚊子後面追逐,會引起巨大的抽樣誤差。他們無法捕獲許多在室內和睡眠時咬人的蚊子,尤其是一些瘧疾載體。”

Sinka還注意到,一些手機不適合捕捉蚊子的聲音,因為他們的軟體刪除了一部分關鍵的音程。她說:“最終,準確的監視是至關重要的。如果這些人可以成功建立一個全民參與的科學項目,讓我們可以準確監視,那就最好不過了。”

翻譯來自:蟲洞翻翻 譯者ID:王煒 編輯:郝鵬程

甚至可以取代體積龐大、昂貴的實驗室離心機。由於這些發明,Prakash在2016年獲得了令人垂涎的625000美元的麥克亞瑟天才補助金。所以,將手機變成蚊子檢測器只是他想將科學帶給大眾的一個小專案。

該小組已將一份描述他們工作的文件上傳到了bioRxiv伺服器上,並將其交給了其他同行進行評議。在此期間,Ferguson指出,該技術尚未完全準備好。該團隊需要證明,他們可以在許多蚊子同時飛行、並且背景嘈雜的情況下,分辨出所有的蚊子。但她補充說:“如果有一個有效的、以電話為基礎的、測量蚊子活動的工具,我確信自己和很多同事會非常樂於使用它。”

其他科學家也採取了類似的做法。牛津大學的瑪麗安娜•辛卡(Marianne Sinka)正在設計一種可以遠距離檢測蚊子的聲學感測器。她說:“讓人們和科學家們跟在蚊子後面追逐,會引起巨大的抽樣誤差。他們無法捕獲許多在室內和睡眠時咬人的蚊子,尤其是一些瘧疾載體。”

Sinka還注意到,一些手機不適合捕捉蚊子的聲音,因為他們的軟體刪除了一部分關鍵的音程。她說:“最終,準確的監視是至關重要的。如果這些人可以成功建立一個全民參與的科學項目,讓我們可以準確監視,那就最好不過了。”

翻譯來自:蟲洞翻翻 譯者ID:王煒 編輯:郝鵬程

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