[논문]열화상카메라를 이용한 유시아강 곤충 꿀벌과 나비의 피부온도 측정과 이를 활용한 생체 활동 특성에 대한 실험 연구

김정배

doi:10.5392/jkca.2021.21.04.060

열화상카메라를 이용한 유시아강 곤충 꿀벌과 나비의 피부온도 측정과 이를 활용한 생체 활동 특성에 대한 실험 연구
Experimental Study on Biological Activity Analysis through Measuring Skin Temperature of Honeybee and Butterfly using Thermographic Camera 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.21 no.4, 2021년, pp.60 - 66

김정배 (한국교통대학교 자동차공학과)

초록
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우리 주변에는 다양한 곤충들이 서식하고 있다. 요즘 가정에서 취미로 곤충을 키우거나, 약용 곤충을 산업적 이용을 위해 대량으로 사육하고 있기도 하다. 그리고 곤충들의 다양한 생육 특성을 이해하기 위한 다양한 연구들이 수행되어 왔다. 주로 실험실에서 환경요인을 변화시켜 생육 특성만의 변화를 실험한 연구들이다. 그러나 곤충의 경우에는 피부온도나 체온을 측정하는 것은 쉽지 않다. 특히, 날개를 가진 곤충들의 체온 혹은 피부온도에 대한 실험 결과가 매우 부족하다. 본 연구에서는 자연상태로 서식하고 있는 벌(꿀벌)과 나비(남방부전 나비)에 대하여 정지시와 비행시 등의 생체활동 조건에서 곤충들의 피부 온도를 비접촉식 온도 측정 방법인 열화상카메라를 이용하여 촬영 측정하였다. 실험으로 얻어진 결과를 정량적인 분석을 통하여 곤충별 피부온도와 생체 활동 특성의 관계를 규명하였다. 꿀벌은 비행, 꿀 채취, 그리고 자리 이동이라는 세 가지 중요 활동별로 다른 피부온도를 유지하고 있음을, 나비는 나방의 특성과 유사하게 비행을 위한 워밍업 단계를 실행함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Various insects live around us. Nowadays, insects are raised as a hobby at home or medicinal insects are bred in large quantities for commercial purposes. In addition, various studies have been conducted to understand the various growth characteristics of insects. In the laboratory, environmental factors were changed to do that, but only the growth characteristics could be analyzed. However, it is almost not easy to measure the skin temperature or body temperature basically needed to reveal the growth characteristics in the case of insects. In particular, the results of experiments on the skin temperature of winged insects are very insufficient. In this study, the skin temperature of insects was photographed and measured for bees and butterflies living in natural conditions under various biological activity conditions such as at rest and during flight using a thermal imaging camera, a non-contact temperature measurement method. Through quantitative analysis of the experimental results, the relationship between the biological activity characteristics of each insect and the skin temperature resulting from such biological activity was investigated. In addition, it was confirmed that honeybees maintained different skin temperatures for three important activities, such as flying, honey collection, and relocation, and that the butterflies performed a warm-up stage for flight similar to the characteristics of moths.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Maximum skin temperature measured in the thorax of honey bees
그림 Fig. 2 Maximum skin temperature measured in the thorax of honey bees
그림 Fig. 4 Skin temperature measured in the thorax of honey bees in State #2
그림 Fig. 5 Skin temperature measured in the thorax of honey bees in State #3
그림 Fig. 6 Photos of Pseudozizeeria maha
그림 Fig. 3 Skin temperature measured in the thorax of honey bees in State #1
표 Table 1. Temperature of honey bee with each state
그림 Fig. 7 Thermal image of Pseudozizeeria maha right after landing
그림 Fig. 8 Wing structure of butterfly
그림 Fig. 9 Thermal images of Pseudozizeeria maha holding at twig after landing
그림 Fig. 10 Thermal images of Pseudozizeeria maha holding at twig during wind flowing
그림 Fig. 11 Temperature behavior of Pseudozizeeria maha holding at twig from stop to flight

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 실험을 통해 얻어진 곤충 생태에 대한 기초 온도 데이터를 생물학적으로 증명하거나 설명하려는 것은 아니라 생체적 현상 분석과 기초 데이터 제공에 목적이 있다. 또한 곤충 생체활동 분석에 열화상 카메라 측정 방법이 충분히 적용 가능한지 확인하고자 한다.
본 연구에서는 날개가 있는 유시아강의 곤충들 중에서 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있으면서도 자연 상태로 서식하고 있는 자연상태의 벌(재래 꿀벌, Honey bee, Apis cerana)과 나비(남방부전나비, butterfly, Pseudozizeeria maha)에 대하여 다양한 생체활동과 열화상 카메라로 측정된 그 순간의 피부 온도 결과를 비교하여, 생체활동과 피부온도의 관계를 설명하고자 한다. 본 논문에서는 실험을 통해 얻어진 곤충 생태에 대한 기초 온도 데이터를 생물학적으로 증명하거나 설명하려는 것은 아니라 생체적 현상 분석과 기초 데이터 제공에 목적이 있다. 또한 곤충 생체활동 분석에 열화상 카메라 측정 방법이 충분히 적용 가능한지 확인하고자 한다.
본 연구에서는 날개가 있는 유시아강의 곤충들 중에서 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있으면서도 자연 상태로 서식하고 있는 자연상태의 벌(재래 꿀벌, Honey bee, Apis cerana)과 나비(남방부전나비, butterfly, Pseudozizeeria maha)에 대하여 다양한 생체활동과 열화상 카메라로 측정된 그 순간의 피부 온도 결과를 비교하여, 생체활동과 피부온도의 관계를 설명하고자 한다. 본 논문에서는 실험을 통해 얻어진 곤충 생태에 대한 기초 온도 데이터를 생물학적으로 증명하거나 설명하려는 것은 아니라 생체적 현상 분석과 기초 데이터 제공에 목적이 있다.

제안 방법

열화상카메라를 이용하여 자연상태에 있는 꿀벌과 나비(남방부전나비)에 대하여 촬영된 열화상 이미지로부터 피부온도를 추출하고 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
실험의 대상은 현재 연구자가 근무하고 있는 충주의 학교 건물, 아파트, 그리고 근처 산림 지역에서 살아가고 있는 자연 상태의 곤충들이며, 개체 수는 각각 벌은 약 70마리, 나비는 3마리이었다. 이렇게 자연 상태로 서식하고 있는 2가지 곤충을 열화상카메라로 피부 온도를 촬영하는 실험을 수행하였다.
5℃이다. 특정한 값의 측정 정확도는 다른 접촉식 온도 측정방법과 비교하여 낮은 편이지만, 정확한 방사율의 입력에 따른 변화의 경향성 분석에는 명확한 결과를 제시하는 것을 본 연구자의 이전 연구 결과들과 다른 연구자들의 결과로부터 확인하였다.

대상 데이터

본 연구를 위하여 사용한 열화상카메라는 FLIR사의 T-250모델이었다. T-250 모델의 온도 측정 범위는 -20℃에서 1200℃까지, 온도 분해능은 80mK, 측정정확도는 ±0.
실험의 대상은 현재 연구자가 근무하고 있는 충주의 학교 건물, 아파트, 그리고 근처 산림 지역에서 살아가고 있는 자연 상태의 곤충들이며, 개체 수는 각각 벌은 약 70마리, 나비는 3마리이었다. 이렇게 자연 상태로 서식하고 있는 2가지 곤충을 열화상카메라로 피부 온도를 촬영하는 실험을 수행하였다.

성능/효과

1][2]. 열화상이미지를 이용하여 식물이 다양한 액체 속에서 어떻게 성장하는지를 실험적으로 규명하였다[3].
2]. 열화상이미지를 이용하여 식물이 다양한 액체 속에서 어떻게 성장하는지를 실험적으로 규명하였다[3].
검도와 택견의 동작에 따른 피부온도 변화를 열화상 카메라를 이용하여 촬영하고, 동작별 그리고 준비운동 전후에 따른 피부온도 변화를 정량적으로 평가하였다[1][2]. 열화상이미지를 이용하여 식물이 다양한 액체 속에서 어떻게 성장하는지를 실험적으로 규명하였다[3]. 젖소의 피부온도를 촬영한 열화상 이미지들로부터 측정하고, 생체 상황을 명확하게 제시할 수 있는 표지 온도의 위치를 제시하였다[4].
열화상이미지를 이용하여 식물이 다양한 액체 속에서 어떻게 성장하는지를 실험적으로 규명하였다[3]. 젖소의 피부온도를 촬영한 열화상 이미지들로부터 측정하고, 생체 상황을 명확하게 제시할 수 있는 표지 온도의 위치를 제시하였다[4]. 열화상카메라로 야구 투구 동작시 사용하는 근육 주변의 피부온도와 운동량과의 연관성 분석이 가능함을 확인하였다[5].
2. 꿀벌의 경우에는 알려진 연구 결과들을 보충하는 다양한 결론에 도달하였는데, 꿀벌의 비행, 꿀 채취, 그리고 자리 이동이라는 세 가지 중요 활동별로 다른 피부 온도를 유지하고 있었다.
남방부전나비는 비행 준비를 위한 워밍업 단계를 실행하며, 이러한 특성은 나방의 생체활동 특성과 매우 유사하였다. 또한, 변온동물의 특성을 피부온도로서 확인할 수 있었다.
1. 열화상카메라를 이용한 비접촉식 온도 측정 방법이 곤충과 같은 동물의 피부 온도 측정에는 효과적이며, 이로부터 얻어진 정량적인 데이터가 충분히 생체현상을 설명할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

4. 비유시아강류의 곤충들에 대한 추가 기초실험이 필요하며, 기초 데이터를 생물학적으로 증명하기 위한 곤충연구자들과의 공동 작업을 수행할 계획이다.

참고문헌 (10)

G. Lee, J. W. Nam, K. H. Seok, and J. Kim, "A Basic Study on Temperature Characteristic Analysis of Kumdo Motion by Infrared Rays Camera," J. Institute of Convergence Technology, Vol.2, No.1, pp.18-23, 2012.
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S. M. Park, D. H. Nam, J. H. Kim, G. Y. Jo, H. Y. Kim, and J. Kim, "An Analysis of Relationships between Plant Growth and Temperature Characteristics Measured with Thermographic Camera," Journal of Korean Solar Energy Soc., Vol.36, No.2, pp.1-7, 2016.

원문보기 상세보기
J. Kim, "Basic Experimental Study to decide the Marker Positions for Proper Body Temperature Measurement of Dairy Cattle using IR Camera," AJMAHS, Vol.8, No.1, pp.857-865, 2018.
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C. W. Park, O. J. Lee, and S. W. Lee, "Thermographic Assessment in Dry Eye Syndrome, Compared with Normal Eyes by Using Thermography," J. the Korean Ophthalmic Optics Soc., Vol.20, No.2, pp.247-253, 2015.

원문보기 상세보기
http://www.foodnews.co.kr/news/articleView.html? idxno70069
J. B. Lee and Y. Park, "Insecticidal Effect of an Entomopathogenic Fungus, Beauveria bassiana ANU1 to Spodoptera exigua and Plutella xylostella by Different Temperature and Humidity Conditions," The Korean Journal of Pesticide Science, Vol.19, No.2, pp.125-133, 2015.

원문보기 상세보기
H. Yi and C. Jung, "Colony Temperature Regulation by the European Honeybee (Apis mellifera L.) in Late Summer in Temperate Region," Journal of Apiculture, Vol.25, No.1, pp.1-7, 2010.
H. J. Kim, J. Kim, and N. Kim, "Recent Advancement and Development on Infrared thermography Technique," Spring Conference Proceedings of Korean Soc. for Railway, pp.1109-1117, 2011.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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