DIY Arduino Kakerlakbesturingssysteem – Bouw voor minder dan $30

Onderdelen en benodigdheden

Over dit project

Enkele jaren geleden zag ik de smartphone-gecontroleerde kakerlak van Backyard Brains en was ik verblind! Ik probeerde mijn moeder te overtuigen om het te kopen, maar de vermelding van kakerlakken deed haar af. :) Ik begon later met Arduino-projecten. Ik herinnerde me hoe graag ik het kakerlakexperiment wilde doen, dus ik overtuigde haar dat kakerlakken niet vies zijn. Daarna bestelde ik een paar Madagascar knorrende kakerlakken. Zodra ze arriverden, begon ik met programmeren, testen, herprogrammeren, hertesten. Uiteindelijk ontdekte ik hoe alles correct werkt en hoe je het gedrag van de kakerlak tijdelijk kunt veranderen, zoals je in deze video ziet:

Dit is geen speelgoed, maar een wetenschappelijk experiment om neurowetenschap te leren. Het is vergelijkbaar met een cochleaire implantaat (dat gehoor heeft hersteld bij meer dan 324.000 mensen). Kakerlakken kunnen verloren antennes en ledematen regenereren. De kakerlakken in dit project waren volledig geanesthetiseerd tijdens de "operatie". Alles wat ik deed is omkeerbaar en werd aan het einde van het experiment teruggedraaid. Ik gebruikte ook cyanoacrylaat (superlijm), maar dat is niet schadelijk omdat een vergelijkbare chemische stof in de Vietnamoorlog werd gebruikt om wonden bij mensen te verzegelen.

Stap 1: Hoe het werkt

Hoe werkt het? Net als veel insecten hebben kakerlakken antennes die direct betrokken zijn bij navigatie. Door de antennes te stimuleren met variabele frequenties (die neurale signalen nabootsen) vanaf de Arduino, kun je de kakerlak laten denken dat er een muur voor hem is terwijl dat niet zo is. Wanneer dat gebeurt, draait de kakerlak in een andere richting. Na een tijdje begint de kakerlak de stimulus te negeren en loopt verder alsof hij de rugzak niet heeft.

Stap 2: Materialen

Onderdelen:

• Arduino Micro of MKR 1000 – $20
• 12V A23-batterij of knoopcel (voor MKR 1000) – $2
• A23-batterijhouder of knoopcelhouder (of aluminium om zelf te maken)
• Pinconnector
• Dunne draad (uit litzendraad) – $1
• Superlijm (cyanoacrylaat) – $2,48
• Jouw keuze van niet-giftige lijm – $0,90
• Schuurpapier
• Kleine ringen

Kakerlakken:

• Madagascar knorrende kakerlakken (⚠ Controleer de regelgeving in jouw land en staat ⚠)
• Groot aquarium
• Klein aquarium
• Bananen, appels en hondenvoer (voed de kakerlakken hiermee elke dag met een vochtig huishoudpapiertje)
• Eierdozen (als schuilplaatsen)
• Gesneden papier (als bedding in de terraria)
• Verwarmingskussen

Controleer de regelgeving in jouw land en staat. Houd de kooi altijd dicht en met een dikke laag vaseline aan de bovenzijde. Laat kakerlakken nooit onbezocht buiten hun terrarium en nooit in de natuur vrij.

Gereedschappen:

• Soldeerbout
• Richte naald
• Lijmpistool
• Schaar
• Stanleymes
• Aansteker of lucifers (om superlijm te verbranden als een draad loskomt)

Stap 3: Bouw de rugzak

De eerste stap is het maken van de "rugzak". Knip uit een vel aluminium een "+"-vorm van 7,5 x 5 cm. Buig de randen omhoog (zie foto's). Als ze afbreken, snij dan tegen de graan van het aluminium in. Wikkel daarna isolatietape om een van de uiteinden. Boor een klein gat in één uiteind richting het midden en voer de draad door. Soldeer één uiteind aan een kleine ring. Doe hetzelfde aan de andere kant. Soldeer vervolgens een pinconnector aan de draden en plak isolatietape op de soldeerplaatsen. Plak met lijmpistool een grotere pinconnector aan één zijde van de "rugzak", soldeer een ongeveer 2,5 cm lange draad van de litzendraad aan één van de pinnen, en doe hetzelfde met de andere pin. Als je het wilt testen, plaats een A23-batterij in de houder en steek de pinconnector in de VIN- en GND-pinnen van de Arduino Micro. Als het oplicht, is het goed. Zo niet, moet je misschien de batterijhouder buigen zodat hij de A23-batterij raakt.

Stap 4: Antenne-procedure

Neem een kakerlak en leg hem voorzichtig in een bekertje met ijswater (dit verdooft de kakerlak) voor ongeveer 2 minuten of tot er weinig tot geen reactie is op beweging. Leg de kakerlak daarna op je huishoudpapier en schuur lichtjes de bovenkant van de thorax (dit is een zenuwloze stof, vergelijkbaar met je nagels en haar). Plak vervolgens met de niet-giftige lijm de rugzak op de geschuurde plek. Knip de antennes af tot ongeveer 2-3 cm. Steek daarna de draad lichtjes ongeveer 0,25 cm in een van de afgeknotte antennes (die hol is), druk een beetje superlijm op de draad en duw hem nog eens 0,25 cm dieper in de antenne. Doe hetzelfde met de andere antenne. Bijna klaar! Controleer of de kakerlak nog volledig verdoofd is; zo niet, leg hem dan voorzichtig terug in het ijswater. Steek de rechtte naald voorzichtig in de zijde van de thorax van de kakerlak. Steek de ground-draad 0,25 cm in het net gemaakte gaatje, druk een klein beetje superlijm op de draad en duw hem nog eens 0,25 cm dieper in het gat. Zorg dat de draden ver van zijn poten zijn, want die kunnen de draden uittrekken! Laat hem 's nachts herstellen in een apart terrarium. Na een paar keer opereren wordt het makkelijker. Onthoud ook om de tafel schoon te maken en het ijswater weg te gooien om je moeder blij te houden.

Stap 5: Code

De code is simpel en gemakkelijk aan te passen. Als je de code herschrijft, onthoud dan om noTone(jouw pin#) te gebruiken na elke keer dat je de tone-functie gebruikt. Arduino gebruikt milliseconden, dus 1 seconde = 1000 milliseconden. Als je de andere antenne wilt stimuleren, verander dan 11 in 12.

void setup() {
}
void loop() {
  tone(11, random(1,100), random(1,1000)); // laat de kakerlak in één richting draaien
  noTone(11);
}

Stap 6: Probeer het uit!

Zodra je de code naar de Arduino hebt geüpload, haal de kakerlak met de rugzak uit zijn terrarium, plaats een A23-batterij in de rugzak, steek de pinconnectors in de Arduino en kijk hoe de kakerlak draait! Als je verdenkt dat de grounding niet goed is, haal een multimeter en zet het op ohm. Leg een meetpunt op de antennedraad en één op de ground-draad. Als het boven 1 ohm meet, is het goed; als het onder 1 ohm meet, raken de antennedraad en ground-draad elkaar; als het "out of range" geeft, is de grounding niet goed en moet je de procedure voor de ground-draad herhalen. Zodra je klaar bent met het experiment, verwijder de rugzak voorzichtig en knip de draden af. Een tip: test in een ruimte waar het licht constant is, want kakerlakken draaien soms in gedekte gebieden.

Speciale dank aan mijn moeder die leefde met levende kakerlakken in huis en aan mijn vader voor hulp bij het project. Bedankt voor het lezen!