TWI806204B - 自動化蚊蛹培養與分選系統 - Google Patents

Abstract

一種自動化蚊蛹培養與分選系統包含：一幼蟲培養模組，利用培養液來培養幼蟲，以培養出公蛹及母蛹；一蛹體分選模組，接收來自幼蟲培養模組的所述公蛹及所述母蛹，並依據所述公蛹及所述母蛹的體型大小將所述公蛹及所述母蛹分開；一清潔模組，用於清潔幼蟲培養模組及蛹體分選模組；一機械手臂，用於移動幼蟲培養模組及蛹體分選模組進出自動化蚊蛹培養與分選系統的一緩衝空間；及一控制模組，連接至機械手臂、清潔模組、蛹體分選模組及幼蟲培養模組，用於控制機械手臂、清潔模組、蛹體分選模組及幼蟲培養模組的操作。

Description

自動化蚊蛹培養與分選系統

本發明是有關於一種自動化蚊蛹培養與分選系統，且特別是利用機械手臂串接不同功能的蚊蛹培養與分選模組，達到整體流程自動化的一種自動化蚊蛹培養與分選系統。

病媒蚊被認為是世界上最致命的生物之一，由病媒蚊所傳播的相關疾病(如登革熱)每年造成全球數百萬人口死亡，而且目前市面上並沒有疫苗可以與之對抗。傳統對抗病媒蚊的做法主要是透過噴藥防治、以及清除積水容器，然而，噴藥可能引發人體健康的疑慮且多次使用後會面臨抗藥性的問題；而清除積水容器的作法更是效果有限，畢竟不可能隨時將可能積水的地方清理乾淨，因此病媒蚊的問題一直無法被有效解決。

為了減少病媒蚊對人類造成的傷害，目前全世界有許多團隊包括Google的子公司Verily、新加坡國家環境局以及台灣的國家蚊媒中心正在研究將沃爾巴克氏菌(Wolbachia)植入病媒蚊(埃及斑蚊)體內使其絕育的生物防治法。這項技術的原理是，將攜帶沃爾巴克氏菌的蚊子釋放到野外與環境中的野生蚊子進行交配，會因細胞質不相容性，使產下的卵無法孵化，進而降低環境中病媒蚊的數量。根據新加坡國家環境局的實驗數據顯示，將這種絕育蚊釋放到野外，可有效降低百分之六十五到百分之八十的野外病媒蚊數量。

然而，這項技術目前仍無法普及的主要瓶頸之一在於要大量飼養並分選出帶有沃爾巴克氏菌的公蚊有其難度。分選公蚊的原因在於其不會叮咬人類，較容易被大眾所接受。因此，本發明的目標是設計出一套自動化蚊蛹培養與分選系統來幫助解決此問題。

傳統上，公母蚊的區分方式主要依靠研究人員肉眼判斷，或是人工操作夾板進行挑選，相當耗時耗力且效率不佳。近年來，為了推動沃爾巴克氏菌生物防治法，國際上有許多企業以及學術機構運用機械自動化技術來自動化分選公母蚊，其中由歐盟Horizon 2020計畫所贊助的SENECIO ROBOTICS為代表性企業之一，其中採用自動控制兩個夾板之間的錐形通道來分選已經羽化的蚊子，為了進行機器視覺辨識必須設法固定住蚊子，增加機構的複雜度，進而推升成本。

因此，本發明的一個目的是提供一種利用機械手臂串接不同功能的蚊蛹培養與分選模組，達到整體流程自動化的一種自動化蚊蛹培養與分選系統。

為達上述目的，本發明提供一種自動化蚊蛹培養與分選系統，包含：一幼蟲培養模組，利用培養液來培養幼蟲，以培養出公蛹及母蛹；一蛹體分選模組，接收來自幼蟲培養模組的所述公蛹及所述母蛹，並依據所述公蛹及所述母蛹的體型大小將所述公蛹及所述母蛹分開；一清潔模組，用於清潔幼蟲培養模組及蛹體分選模組；一機械手臂，用於移動幼蟲培養模組及蛹體分選模組進出自動化蚊蛹培養與分選系統的一緩衝空間；及一控制模組，連接至機械手臂、清潔模組、蛹體分選模組及幼蟲培養模組，用於控制機械手臂、清潔模組、蛹體分選模組及幼蟲培養模組的操作。

藉由上述的實施例，可以利用機械手臂配合滑軌串接不同功能的蚊蛹培養與分選模組，使用多層過濾網進行分選，降低單一濾網的負擔，提升過濾效率。此外，藉由翻轉式濾網的設計，使用機械手臂翻轉濾網，達成多階段過濾、自動化蚊蛹回收，且在分選完成後可自動清潔，降低污染。

為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

CL:清潔液

WL:廢液

10:幼蟲培養模組

11:第一容器

12:第二容器

13:培養盒

13A:第一側壁

13B:第二側壁

13BC:第一交界處

13C:第三側壁

13CD:第二交界處

13D:第四側壁

13E:底壁

13R:環狀體

14:入口

15:出口

20:蛹體分選模組

21:第一過濾器

21A:框形結構體

21B:容置空間

21C:過濾網

21D:樞軸

21E:卡榫

22:第二過濾器

23:第三過濾器

24:最終過濾器

25:灑布器

25A:中空周壁

25B:內通道

25C:開孔

25D:底壁

25F:入口

25E:灑布孔

26:幼蟲過濾器

27:幼蟲容器

29:公蛹過濾器

30:清潔模組

31:緩衝空間

40:機械手臂

50:控制模組

60:廢液儲存槽

70:滑軌

75:分配器

80:導流板

90:結構體

100:自動化蚊蛹培養與分選系統

〔圖1〕顯示依據本發明較佳實施例的自動化蚊蛹培養與分選系統的方塊圖。

〔圖2〕顯示依據本發明較佳實施例的自動化蚊蛹培養與分選系統的結構示意圖。

〔圖3〕顯示〔圖2〕的第一容器與第二容器的平面圖。

〔圖4〕顯示〔圖2〕的培養盒的立體圖。

〔圖5〕顯示〔圖2〕的灑布器的立體圖。

〔圖6〕顯示〔圖2〕的機械手臂的運作狀態的示意圖。

〔圖7〕與〔圖8〕顯示〔圖2〕的過濾器的翻轉前與翻轉後的示意圖。

圖1與圖2分別顯示依據本發明較佳實施例的自動化蚊蛹培養與分選系統的方塊圖及結構示意圖。如圖1與圖2所示，一種自動化蚊蛹培養與分選系統100包含一幼蟲培養模組10、一蛹體分選模組20、一清 潔模組30、一機械手臂40及一控制模組50，這些模組及元件都是設置於自動化蚊蛹培養與分選系統100的一結構體90中。控制模組50連接至幼蟲培養模組10、蛹體分選模組20、清潔模組30及機械手臂40，用於控制機械手臂40、清潔模組30、蛹體分選模組20及幼蟲培養模組10的操作。電連接至控制模組50的機械手臂40可以對幼蟲培養模組10、蛹體分選模組20及清潔模組30進行移動、轉動及/或其他物理上的驅動。可選的，自動化蚊蛹培養與分選系統100可以更進一步包含一導流板80及一廢液儲存槽60。

幼蟲培養模組10利用培養液來培養幼蟲，以培養出公蛹及母蛹。蛹體分選模組20接收來自幼蟲培養模組10的所述公蛹及所述母蛹，並依據所述公蛹及所述母蛹的體型大小(幼蟲<公蛹<母蛹)將所述公蛹及所述母蛹分開。清潔模組30用於清潔幼蟲培養模組10及蛹體分選模組20。於一例子中，清潔模組30包含花灑、電動球閥及連接至清水源及漂白水源的管路。

機械手臂40用於移動幼蟲培養模組10及蛹體分選模組20進出自動化蚊蛹培養與分選系統100的一緩衝空間31。藉由機械手臂40串接不同功能的幼蟲培養模組10與蛹體分選模組20，搭配控制模組50使得蚊子的幼蟲從飼養到分選的步驟皆可自動進行，再加上機械手臂40搭配緩衝空間31可以自動清洗相關模組，達到整體流程自動化。

上述的機械手臂40、清潔模組30、蛹體分選模組20及幼蟲培養模組10可以有多種實施方式，以下僅以一種或多種非限制性的例子來說明。

於本例中，蛹體分選模組20設置於幼蟲培養模組10的正下方，緩衝空間31位於蛹體分選模組20與幼蟲培養模組10的一側，蛹體分 選模組20、幼蟲培養模組10及清潔模組30透過多個滑軌70而可移動地設置於自動化蚊蛹培養與分選系統100的結構體90中(滑軌70設置在結構體90上)，且機械手臂40更進一步移動清潔模組30進出緩衝空間31以進行清潔。可以理解的，也可以視需要而不將清潔模組30設置成可移動。

圖3顯示圖2的第一容器與第二容器的平面圖。如圖3與圖2所示，幼蟲培養模組10包含一第一容器11、一第二容器12及至少一培養盒13(圖2中顯示出兩個培養盒13)。第一容器11容納所述幼蟲。第二容器12容納所述培養液。培養盒13通過管路接收來自第一容器11的所述幼蟲及來自第二容器12的所述培養液。於此例子中，第一容器11與第二容器12通過管路連接至一分配器75。分配器75可以被設計成可在水平方向移動，也可以在鉛直方向上移動。實際運作時，將幼蟲與培養液分別添加在第一容器11與第二容器12內，自動化蚊蛹培養與分選系統100啟動時開啟管路上的電動球閥(未顯示)，透過分配器75的運輸機構(可包含抽取機構、利用步進馬達來將分配器75的出口作上下移動的機構等)，使幼蟲與培養液以合適比例運送至培養盒13內。經過數日的培養後，藉由電動球閥的開關，讓水流入培養盒13內，把培育完成的公蛹及母蛹(當然也有可能有幼蟲的殘留者)送到蛹體分選模組20。可以理解的，利用分配器75也可以在其他階段提供清洗及/或消毒的功能。

蛹體分選模組20包含一灑布器25、一幼蟲過濾器26、一幼蟲容器27及一公蛹過濾器29。公蛹過濾器29包含一第一過濾器21、一第二過濾器22及一第三過濾器23，但可視需情況採用一個第一過濾器21或一個第一過濾器21加上一個第二過濾器22，並不以三個過濾器為限。灑布器25連接至幼蟲培養模組10，並且對來自幼蟲培養模組10的一混合液、所述幼蟲的殘留者、所述公蛹及所述母蛹進行灑布。幼蟲過濾器26設置於 灑布器25的下方，用於執行過濾以讓所述混合液及所述幼蟲的殘留者通過，並擋住所述公蛹及所述母蛹。幼蟲容器27可移動地設置於幼蟲過濾器26的下方，用於接收來自幼蟲過濾器26的所述混合液及所述幼蟲的殘留者，最終通過後述的導流板80及最終過濾器24而排出至廢液儲存槽60，故幼蟲容器27可以設置有斜面。最終過濾器24的過濾網允許幼蟲的殘留者通過。公蛹過濾器29接收來自幼蟲過濾器26的所述公蛹及所述母蛹，用於讓所述公蛹通過，並擋住所述母蛹。

為了讓幼蟲過濾器26有翻轉的空間，控制模組控制機械手臂40將幼蟲容器27及灑布器25移動到緩衝空間31，並對幼蟲過濾器26執行翻轉，且控制模組50控制清潔模組30噴液(譬如噴水)以將翻轉過的幼蟲過濾器26的所述公蛹及所述母蛹(此時有部分會掉落，有部分會卡在過濾網上)往下沖到公蛹過濾器29。第一過濾器21接收來自幼蟲過濾器26的所述公蛹及所述母蛹，用於讓所述公蛹與所述母蛹的中體型者及小體型者通過，並擋住所述母蛹的大體型者。第二過濾器22接收來自第一過濾器21的的所述公蛹與所述母蛹的中體型者及小體型者，讓所述公蛹與所述母蛹的小體型者通過，並擋住所述母蛹的中體型者。第三過濾器23接收來自第二過濾器22的所述公蛹與所述母蛹的小體型者，讓所述公蛹通過，並擋住所述母蛹的小體型者，藉此獲得所述公蛹，可以通過下方的最終過濾器24的過濾網(擋住所述公蛹)或以其他方式取出公蛹。亦即，上述過濾器使用多種不同網格間距的過濾網，多層過濾網主要是讓數量龐大的蚊蛹，可以經由間距不同且由大而小的多層過濾網，在一開始先將體積比較大的母蛹給分選出來，不讓體積過大的蛹阻擋其他較小蛹的通過，隨著間距縮小，使每層過濾網上都可以挑出一定數量的蚊蛹，不至於將過濾網整個塞住，降低分選效果。同時，因為多層過濾網，可根據需要挑選最合適的過濾網的 網格間距組合，將混雌率(混有母蛹的比率)降至最低，避免產出會叮咬動物的母蚊。

圖4顯示圖2的培養盒的立體圖。如圖4所示，培養盒13包含一第一側壁13A、一第二側壁13B、一第三側壁13C及一第四側壁13D，依序連接以形成一環狀體13R；一底壁13E，連接至環狀體13R；一入口14，設於第一側壁13A，其中一清潔液CL從入口14流入；及一出口15，設於第一側壁13A，用於排出清潔液CL及所述公蛹及所述母蛹，其中底壁13E呈歪斜狀，以促進清潔液CL及所述公蛹及所述母蛹排出。清潔液CL譬如是清水。

於本例子中，底壁13E從靠近入口14之處上升至第二側壁13B與第三側壁13C的一第一交界處13BC，並從第一交界處13BC下降到第三側壁13C與第四側壁13D的一第二交界處13CD及靠近出口15之處。因此，藉由重力的作用，使得清潔液CL及所述公蛹及所述母蛹從出口15排出。

圖5顯示圖2的灑布器的立體圖。如圖5所示，灑布器25包含一中空周壁25A、一底壁25D及一入口25F。中空周壁25A具有一內通道25B及與內通道25B連通的多個開孔25C。底壁25D連接至中空周壁25A，並具有多個灑布孔25E。入口25F連接至內通道25B，使得所述混合液、所述幼蟲、所述公蛹及所述母蛹從入口25F流動通過內通道25B、此些開孔25C及此些灑布孔25E流出灑布器25。

圖6顯示圖2的機械手臂的運作狀態的示意圖。如圖6所示，機械手臂40可以上下移動，也可以左右移動，也可以轉動(這些機構設計屬於本領域技術人員可以輕易理解，故不再詳述)，故可以對培養盒13、第一過濾器21、第二過濾器22、第三過濾器23、灑布器25、幼蟲過濾器 26及清潔模組30等被驅動件進行機械驅動的動作，包含但不限於移動、轉動等。於一例中，機械手臂40與被驅動件是採用鉤部的結合。

圖7與圖8顯示圖2的過濾器的翻轉前與翻轉後的示意圖。如圖7與圖8所示，幼蟲過濾器26、第一過濾器21、第二過濾器22及第三過濾器23的每一個包含一框形結構體21A及一過濾網21C。框形結構體21A具有一容置空間21B。過濾網21C可轉動地設置於容置空間21B中，並且樞接於框形結構體21A。機械手臂40抓住過濾網21C的一樞軸21D而將框形結構體21A移動進出緩衝空間31，並且翻轉過濾網21C以進行清潔。本實施例使用多層過濾網來進行分選，而每層過濾網在分選過後皆會殘留母蛹或過大的公蛹，為了將其回收，使用機械手臂40分別將第一過濾器21、第二過濾器22及第三過濾器23及清潔模組30的花灑拖移至緩衝空間31，並翻轉過濾網以花灑進行清水沖洗，待沖洗完成後再翻轉並推回原本位置。在翻轉與清洗過程中，因為慣性或蚊蛹在過濾網上分布不均勻，可能造成過濾網無法保持水平，因此，在框形結構體21A上可以設計一個卡榫21E或定位結構(未顯示)，讓過濾網21C完成清洗並推回原位時，仍能保持水平。

由於飼養蚊蛹與分選的過程中，會產生排泄物與髒汙，為了維持設備清潔，避免病菌滋生，並維持下次飼養的環境水準，每完成一輪分選後，通過可分別導引清水以及稀釋漂白水流經所有與蚊蛹(以及幼蟲)所接觸過之機構的管線，搭配電動球閥、機械手臂以及滑軌，將稀釋後的漂白水沖入所有與蚊蛹接觸的機構。在進行完漂白水的沖洗後，用清水把這些機構再清洗過一次，避免有殘餘的漂白水。

清洗流程如下：首先將稀釋漂白水引入各培養盤，接著以機械手臂將接上稀釋漂白水的花灑抽出，隨後分別將各層過濾網抽出翻轉並 噴灑漂白水，達到殺菌的效果。其後則切換電動球閥引入清水，重複以上步驟進行將漂白水清除，完成清潔步驟。

如圖7、8與2所示，導流板80位於緩衝空間31的下方，用於將清潔過濾網21C所產生的廢液WL導流至蛹體分選模組20的最終過濾器24進行過濾。廢液儲存槽60設置於緩衝空間31及蛹體分選模組20的下方，用於容納已經過濾過的所述廢液WL。

藉由上述實施例的自動化蚊蛹培養與分選系統，利用機械手臂配合滑軌串接不同功能的蚊蛹培養與分選模組，使用多層過濾網進行分選，降低單一濾網的負擔，提升過濾效率。此外，藉由翻轉式濾網的設計，使用機械臂翻轉濾網，達成多階段過濾、自動化蚊蛹回收，且在分選完成後可自動清潔，降低污染。藉由機械手臂、緩衝空間及滑軌的使用，可以有效縮小自動化蚊蛹培養與分選系統的體積，降低成本。

在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發明的技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明的精神及申請專利範圍的情況下，所做的種種變化實施，皆屬於本發明的範圍。

WL:廢液 10:幼蟲培養模組 11:第一容器 12:第二容器 13:培養盒 20:蛹體分選模組 21:第一過濾器 22:第二過濾器 23:第三過濾器 24:最終過濾器 25:灑布器 26:幼蟲過濾器 27:幼蟲容器 29:公蛹過濾器 30:清潔模組 31:緩衝空間 40:機械手臂 60:廢液儲存槽 70:滑軌 75:分配器 80:導流板 90:結構體 100:自動化蚊蛹培養與分選系統

Claims (11)

1. 一種自動化蚊蛹培養與分選系統，包含：一幼蟲培養模組，利用培養液來培養幼蟲，以培養出公蛹及母蛹；一蛹體分選模組，設置於該幼蟲培養模組的正下方，接收來自該幼蟲培養模組的所述公蛹及所述母蛹，並依據所述公蛹及所述母蛹的體型大小將所述公蛹及所述母蛹分開；一清潔模組，用於清潔該幼蟲培養模組及該蛹體分選模組；一機械手臂，用於移動該幼蟲培養模組及該蛹體分選模組進出該自動化蚊蛹培養與分選系統的一緩衝空間，該緩衝空間位於該蛹體分選模組與該幼蟲培養模組的一側；及一控制模組，連接至該機械手臂、該清潔模組、該蛹體分選模組及該幼蟲培養模組，用於控制該機械手臂、該清潔模組、該蛹體分選模組及該幼蟲培養模組的操作，其中該蛹體分選模組及該幼蟲培養模組透過多個滑軌而可移動地設置於該自動化蚊蛹培養與分選系統的一結構體中，以利用該機械手臂配合該等滑軌串接不同功能的該幼蟲培養模組與該蛹體分選模組。
2. 如請求項1所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該幼蟲培養模組包含：一第一容器，容納所述幼蟲；一第二容器，容納所述培養液；及至少一培養盒，接收來自該第一容器的所述幼蟲及來自該第二容器的所述培養液。
3. 如請求項2所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該培養盒包含： 一第一側壁、一第二側壁、一第三側壁及一第四側壁，依序連接以形成一環狀體；一底壁，連接至該環狀體；一入口，設於該第一側壁，其中一清潔液從該入口流入；及一出口，設於該第一側壁，用於排出該清潔液及所述公蛹及所述母蛹，其中該底壁呈歪斜狀，以促進該清潔液及所述公蛹及所述母蛹排出。
4. 如請求項3所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該底壁從靠近該入口之處上升至該第二側壁與該第三側壁的一第一交界處，並從該第一交界處下降到該第三側壁與該第四側壁的一第二交界處及靠近該出口之處。
5. 如請求項1所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該蛹體分選模組包含：一灑布器，連接至該幼蟲培養模組，並且對來自該幼蟲培養模組的一混合液、所述幼蟲的殘留者、所述公蛹及所述母蛹進行灑布；一幼蟲過濾器，設置於該灑布器的下方，用於執行過濾以讓所述混合液及所述幼蟲的殘留者通過，並擋住所述公蛹及所述母蛹；一幼蟲容器，可移動地設置於該幼蟲過濾器的下方，用於接收來自該幼蟲過濾器的所述混合液及所述幼蟲的殘留者；及一公蛹過濾器，接收來自該幼蟲過濾器的所述公蛹及所述母蛹，用於讓所述公蛹通過，並擋住所述母蛹，其中該控制模組控制該機械手臂將該幼蟲容器及該灑布器移動到該緩衝空間，並對該幼蟲過濾器執行翻轉，且該控制模組控制該清潔模組噴液以將 翻轉過的該幼蟲過濾器的所述公蛹及所述母蛹往下沖到該公蛹過濾器。
6. 如請求項5所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該灑布器包含：一中空周壁，具有一內通道及與該內通道連通的多個開孔；一底壁，連接至該中空周壁，並具有多個灑布孔；及一入口，連接至該內通道，使得所述混合液、所述幼蟲、所述公蛹及所述母蛹從該入口流動通過該內通道、該等開孔及該等灑布孔流出該灑布器。
7. 如請求項5所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該公蛹過濾器包含：一第一過濾器，接收所述公蛹及所述母蛹，用於讓所述公蛹與所述母蛹的中體型者及小體型者通過，並擋住所述母蛹的大體型者；一第二過濾器，接收來自該第一過濾器的所述公蛹與所述母蛹的中體型者及小體型者，讓所述公蛹與所述母蛹的小體型者通過，並擋住所述母蛹的中體型者；及一第三過濾器，接收來自該第二過濾器的所述公蛹與所述母蛹的小體型者，讓所述公蛹通過，並擋住所述母蛹的小體型者，藉此獲得所述公蛹。
8. 如請求項7所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中該幼蟲過濾器、該第一過濾器、該第二過濾器及該第三過濾器的每一個包含：一框形結構體，具有一容置空間；及 一過濾網，可轉動地設置於該容置空間中，並且樞接於該框形結構體，其中該機械手臂抓住該過濾網的一樞軸而將該框形結構體移動進出該緩衝空間，並且翻轉該過濾網以進行清潔。
9. 如請求項8所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，更包含一導流板，位於該緩衝空間的下方，用於將清潔該過濾網所產生的廢液導流至該蛹體分選模組的一最終過濾器進行過濾。
10. 如請求項9所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，更包含一廢液儲存槽，設置於該緩衝空間及該蛹體分選模組的下方，用於容納已經過濾過的所述廢液。
11. 如請求項1所述的自動化蚊蛹培養與分選系統，其中，該機械手臂更移動該清潔模組進出該緩衝空間以進行清潔。

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