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Articles by John O. Dabiri in JoVE
JoVE Bioengineering
定量测量原位流动，使用一个自包含的水下测速仪（SCUVA）
1Applied Ocean Physics and Engineering, Woods Hole Oceanographic Institution, 2Environmental Science and Marine Biology, Roger Williams University, 3Marine Biology Laboratory, Whitman Center, 4Department of Biology, Providence College, 5Departments of Aeronautics and Bioengineering, California Institute of Technology
此协议提供了有关如何使用一个自包含水下测速仪（SCUVA），这是量化原位动物产生的流动设计的说明。此外，这个协议解决了野战条件所带来的挑战，包括运营商的议案，预测动物的位置，方向和SCUVA。
Other articles by John O. Dabiri on PubMed
动态 Medusan 游泳模型中的运动学近似的敏感性分析。
Medusan 游泳模型通常依靠观察到动物的形态，使这种调查温顺的运动学近似。不在详细审查了这些简化对精度的预测动态的影响。我们进行案例研究的 scyphozoan 水母 Chrysaora 鲪隔离和量化到共同的运动学近似的动态模型的敏感性。找到动态模型表现出强烈依赖一些近似和他们正在执行的环境的性质。因此是不正确的并可能引起误解，假定该实现运动学相似模型的测量动物运动力将一定提供动态正确模式。
流生成的扁 Medusan 水母的模式： 现场测量和实验室分析。
流生成的 medusan 游泳如水母众所周知，不同的模式根据各种动物的形态。扁水母在此前曾经指出在推进循环过程中生成涡环结构。由于固有的物理耦合运动和饲养这些动物在结构之间，必须有力调谐涡环形成的动态，以促进这两个系统的有效运作。要理解这如何实现，我们采用 scyphomedusae （奥里莉亚 · aurita） 观察到在其天然的海洋生境中游泳染料可视化技术。在每个周期中推进创建流由期间电源游泳描边，跟对面旋转感期间恢复脑卒中生成停止涡形成环形起始涡组成。这些两个涡合并中诱导流都朝着 subumbrellar 料表面和下游的横向导向的涡上层建筑。横向涡母题发现这里似乎作为喂养和推进流源是美杜莎贝尔的双重功能的关键。此外，旋涡中动物之后有更大的卷和紧密间距比 medusan 游泳的主流模型的预测。这些效果显示为便于饲喂和游泳的性能，和以前一直被忽视的涡相互作用的一个重要结果。
最优旋涡形成生物流体输送中的作用。
运作需要宏观尺度流体输送的动物门反复和经常独立地汇聚在射流流动的使用。在流启动这些喷射流形成流体旋涡环，这有利于传质的固定泵 （如心脏分庭) 和动量转移的移动通信系统 (如喷气游泳)。以往的研究已经显示可以优化的效率或推力，基于射流长度与直径比 (L/D)，与发生在 3.5<L/D<4.5 的峰值性能在实验室中生成的涡环。尝试确定生物喷气式飞机是否实现这种优化尚无定论，由于不能适当地照顾到 jet 运动学跨动物门发现的多样性。我们结合实验室实验、 现场观测和缩小到单个参数的运动学以定量显示，个别动物运动学可以调整与优化的涡环形成相关的框架。这种新方法标识有效流体输送的简单规则、 便利射流流动的比较生物学特性研究跨国动物门不论其特定功能和可以进行扩展以统一的最优的 jet 和基于扑涡环形成的理论。
游泳和飞行部队从尾流测量的估计。
势头从动物移交其尾流液是运动的根本很多游泳和飞行模式。因此，通常研究实验来推断的规模和方向的机车部队的之后的属性。确定哪个唤醒的属性是必要和足够的经验推断出游泳和飞行部队目前由专案。本文系统地阐述唤醒属性的组合足以确定游泳和从尾流测量飞行部队的最低数量的问题。尤其是，它被证实在之后的空间速度分布 (即速度场) 本身不足以确定游泳和飞行部队，就是必须结合流体压力分布。重要的是，它也显示旋转和切变 （即涡度场） 之后的空间分布本身不足以确定游泳和飞行部队，就是和必须结合的参数，则类似于流体的压力。之后此参数的测量显示为相同的附加质量作贡献的计算从围中唤醒，涡的流体，并继续具有相同测量与流体周围固体机构传统上关联添加质量。它表明速度/压力角度相当于运动方程中的涡度/涡-添加-质谱方法。开发一个模型来近似的尾涡机车部队，添加大众贡献之后由于速度和涡度场测量的组合。无量纲参数，唤醒涡比率 (表示 Wa)，被为了预测的部队由于有尾涡添加质量的贡献将成为非微不足道的尾流的类型。以前唤醒分析是根据此参数来推断的存在和重要性尾涡添加大众在这些情况下的重新审查。在过程中，它被表明基于唤醒测量的常用的平均时间为部队估计并不足以证明动物生成必要维持飞行或保持中性浮力的机车部队。
最优旋涡形成作为索引的心脏健康。
心脏病仍是全球死亡的一个主要原因。先前的研究表明心脏左心室 （LV） 舒张期间的动态可发挥关键作用，在听写的整个心脏健康。因此，许多研究的目的是预测和评估全球心脏健康基于定量描述 LV 函数的参数。然而，LV 舒张，在其电气、 肌肉发达，和血流动力学的过程中所固有的复杂性使得开发工具来准确地预测和诊断心衰，在早期阶段，最有效的纠正措施时。在这项工作，它是表现出的心脏功能的主要方面中得到反映独特而敏感的心舒张初期，作为衡量一个无量纲的数值索引血流旋涡形成优化。此索引的最优旋涡形成关联以及与现有的心脏健康 LV 射血分数等措施。然而，不同于现有的措施，这以前变种的指数不需要病人特定的信息，以确定数值索引值对应的正常功能。人体正常和病理心脏健康研究演示此全球指数能够区分疾病状态进行无创 LV 测量的简单分析。
快速游泳水螅水母类利用软腭运动学，形成最优涡尾流。
快速游泳 hydromedusan 水母拥有特色的漏斗形膜脉冲的游泳运动期间弹射出的水射流与它们进行交互的口腔内的出口处。先前假定膜主要是为了增加游泳才能产生更高的喷射速度限制弹出的流动的推力。本文提出了能够自由游泳 Nemopsis bachei 水螅水母类，相反指示依赖于时间的软腭运动期间遵守游泳周期主要服务优化形成由弹出的水涡，而不是要影响的弹出流动速度的高速视频和染料流可视化效果。因为不同喷射输送机制，它允许的能源成本最小化，最大化推力部队的同时，最优旋涡形成是有利中快速游泳水母。然而，旋涡 ； 形成人数 ' 最优性 N.bachei 中所对应的是大大大于 4 的脉冲喷气式飞机的刚性管以前工程研究中所发现的价值。增加最优旋涡形成人数是归因于瞬态软腭运动学展出的动物。游泳运动过程中生成的瞬时部队最近开发的模型的实现是为了表明该瞬态的软腭运动学需要，以便实现测量的游泳运动轨迹。快速游泳水母拉索结构的存在和发生的类似的射流调节机制中其他喷气泳 (例如鱿鱼的漏斗） 似乎是快速游泳的使用空间，尽管他们的原始体计划的成功作出贡献的主要因素。
瞬时部队期间水上运动的无创性测量： 翻车鱼太阳鱼胸鳍为例。
游泳和飞行动物生成非定常机车部队将净势头交付到流体的唤醒。因此，游泳和飞行部队可以量化测定动物尾迹的势头。最近开发的模型提供了一种方法根据经验推断游泳和飞行部队基于测量速度和涡动物之后添加大众。该模型是特遣队中唤醒的涡边界的识别。本文演示如何量化产生的鳃 (蓝鳃太阳鱼技术拉菲内克)，使用数字粒子图像测速技术 （DPIV） 测量胸鳍的瞬时机车力的案例研究这种方法的应用。李雅普诺夫指数 (FTLE) 字段数据计算的 DPIV 有限时间用于确定尾涡边界，最近开发的流体动力学理论。涡唤醒和其添加大众的势头被确定和鳍中风期间在离散时间点量化的话，相应的瞬时机车部队。在这项研究估计，瞬时部队与量化的胸鳍游泳在类似条件下同一物种的平均时间为部队同意在规模和与动物的观察到全球运动是一致的。这项研究的主要结果是其涡尾流动力学影响运动是以取代真实动物翅的建议 ； 有效心耳 '，其几何形状由 FTLE 字段和无粘概念从势流理论完全支配其与周边流体相互作用。讨论了这一新的无创性瞬时力测量框架的优点和局限性，并建议其在比较生物力学和工程研究中的应用。
Medusan 宗族形态多样性受到动物流体相互作用。
Cnidarian 水母，水母，俗称表示分类最早已知动物群实现使用肌肉力量的运动。水母的推进需要贝尔收缩产生的力量向前的推力。然而，推力生产被有限水母由其 epitheliomuscular 单元格的原始结构。本文演示中可用运动肌肉力量的约束导致高推力游泳通过喷气推进与通过合并的 jet 戏推进高效率游泳之间的权衡。这种交换形态多样性的水母，展示一系列的细度比率 (即贝尔高度和直径之间的比例） 和小体型高推力制度及低细度比率和高效率制度大车身尺寸的反映。决定这种交换的动物流体相互作用的定量模型开发和与形态从 300 microm 至超过 2 米的大小不等的 660 现存 medusan 物种从收集到的数据进行验证。这些结果表明生物力学基础链接流体动力学和 medusan 钟形态的演变。我们相信这些是刺胞动物肌肉驱动动力的组织原则。
流体动力能源来自水生动物运动力。
游泳中分离和在群体中的水生动物已知从环境流动，大大降低了肌肉活动所需的运动在漩涡中提取能量。发达与此现象有关的涡动力学模型，显示可以用简单准则的相对于流中主体涡运动学描述能源提取机制。这种方式，我们不必让直接上诉到流体动力学，可更难比运动学评价。作为这些原则的例子在游泳鱼展示和介绍现有的能源转换设备。发达国家的一个好处是框架的潜在无穷维参数空间的流体-结构相互作用框架的减少到最多的八个组合的三个参数。该模型可能潜在援助中的设计与评价的非定常航空-和超越贝茨效率技术的稳定流体动力能源转换系统的水动力能源转换系统。
概述分析动物的拉格朗日法唤醒动力学。
动物尾迹的流体动力分析变得越来越受欢迎的动物游泳和飞行，适当部分定量流动可视化技术，如数字粒子成像测速 (DPIV) 技术的发展研究。在大多数研究中，假定膛和流量分析基于即时在脑卒中周期期间一次测量的速度和 （或） 涡度字段。假设膛潜在顾客忽视的非定常 （时间取决于） 唤醒涡附加质量效果，可以大大有助于瞬时机车部队。在本白皮书中，我们检讨了最近推出以确定非定常尾涡结构，通过跟踪单个流体粒子流中的轨迹，而不是通过在时间与欧拉角度分析在固定的地点和单一的瞬间速度/涡度字段的拉格朗日方法。一旦唤醒涡和其附加的质量的势头确定的可以量化，相应的非定常机车部队。以往在脑卒中周期估计的平均时间为部队的研究，如何瞬时机车部队此方法使研究随时间。此方法对于 DPIV 速度测量分析实用程序被探讨，目标是展示其适用于向调查人员研究动物游泳和飞行通常可用的数据。方法也同样适用于计算流体动力学研究速度字段计算在哪里可用。
游泳和飞行动物 '上游之后' 及与推进效率的关系。
游泳和飞行动物和其流体环境之间的相互作用生成下游唤醒结构如旋涡。在大多数研究中，在该动物的上游流被忽视。在此研究中，我们展示上游流体结构的存在即使上游流量是静止或拥有统一的传入速度。使用的计算模型，模拟产生一个游泳 (振荡的柔性板） 的流动和新的流体机械分析应用于流量来确定上游流体结构。这些上游结构显示的确切去游泳的人进行交互的流体的部分。质量流量然后基于上游的结构，定义和使用质量流量和运动学的游泳者建立推进效率的一个指标。我们建议由上游的流体结构定义的非定常质量流量可用于作为指标衡量和客观地比较效率的空气和水中的运动。
粘度增强机制生物海洋混合。
最近的海洋中的生物生成湍流的意见导致了矛盾的结论，关于意义的动物游泳对海洋混合的贡献。测量表明高架湍流耗散 — — 与风和潮汐 — — 附近的一起游泳的浮游动物大量人口造成的水平相媲美。然而，也已指出高架湍流耗散因为很多的小动物的湍流动能注入低于奥兹米多夫浮力的长度比额，那里它主要热而消失的流体粘度的它可以影响海洋混合之前是由本身大量生物混合的证据不足。正在进行的辩论，关于生物混合侧重于动物尾迹湍流和海洋湍流之间的比较。在这里，我们显示的流体搅拌 — — 首次描述在 50 多年前由查尔斯 · 达尔文 — — 第二，以前被忽视机制是由游泳动物混合的主导机制。达尔文的机制由混合的效率取决于动物的形状，而不是流体长度规模和不同湍流尾搅拌、 流体粘度的增强。因此，它提供生源混合的一种手段可以同样有效，在小型浮游动物和大型哺乳动物。达尔文搅拌和湍流的相对贡献唤醒混合的理论模型是使用新开发的基于潜水的激光测速设备游泳水母的创建和验证通过在现场实地测量。这些结果与其他动物的外推法非常简单的动物形状和方向垂直迁移过程的认识和了解。根据广泛的水生动物物种的计算，我们得出结论生源混频达尔文的机制可以将海洋混合和养分运输做出极大贡献。
拉格朗日拟序结构的低雷诺数游泳。
这项工作探讨为揭示流动结构的低雷诺数生物运动的有限时间李雅普诺夫指数 (FTLE) 字段的实用程序。以前对高雷诺数非定常流动的研究表明 FTLE 字段的脊配合运输障碍在流中没有表明，如涡度更经典的数量。在低雷诺数运动 (O(1)-O(100))，在其中粘性扩散迅速被抹去后，涡 FTLE 字段具有新的有识之士加入到运动力学的潜力。研究的目标是顺序的水母样运动、 与游泳雷诺数 1 铰接式二维模型。自航模型的数值模拟与粘性涡粒子方法，使用改编自活 medusan 游泳者以前实验测量的运动。通过跟踪群集的粒子向后和向前的时间澄清了计算向前和向后时间 FTLE 字段的脊的角色。显示一系列的脊前向前时间 FTLE 外地运输纤细的手指朝的铃口，唇液的收缩周期的水母，流体，仍然位置之后到每一次都扯在水母进行分区。强岭落后时间 FTLE 字段中的揭示了 subumbrellar 型腔内外流体之间的持续障碍。系统也在免费源源不断，身体固定框架分析和 FTLE 字段用来突出显示这些参照系中的差异。
查明涡夹断拉格朗日方法。
涡环夹断基于拉格朗日拟序结构 (症状) 的流动是建议和表明大约 12 (L/D) 直径比活塞行程与活塞缸的安排确定标准。它是发现新的断开连接 LCS 的外观和原始的 LCS 的终止是指示性开始的涡夹断。随后的增长的新的症状，往往会卷成螺旋状，指示在尾随剪切层新涡核的形成。采用这一标准，形成一些被认定为 + /-0.1，这是符合预测的形成数的大约 4 Gharib 绍兴文理学院 4.1 [Gharib 中南工业大学 J.流体机械 360，121 (1998 年)]。使用建议的 LCS 标准获得的结果与那些使用流通标准 Gharib 绍兴文理学院获得比较，并被证实为优秀的协议中。LCS 办法也比较其他度量，拉格朗日和欧拉，并发现产量洞察这些不能夹断过程。此外，LCS 分析揭示了一贯的合并或相邻涡圆形射流中广泛地记载了一个进程，尾随剪切图层中的"配对"。由于症状都是目标到本地错误速度场中不区分大小写，所提出的准则有可能会夹断识别的有力工具。尤其是，它可能是有用的非定常和低雷诺数流动，基于涡度的常规方法难以使用研究。
鱼群作为垂直轴风电农场设计的基础。
水平轴风力发电机 (失速) 由于高功率系数 （机械动力输出除以自由流空气通过涡轮截面积的电源） 由包含大多数风电场的孤立的汽轮机。但是在邻近的涡轮机的接近时, 失速患减少的功率系数。相比之下，垂直轴风力发电机 （特性） 的先前研究表明密集的特性可能会遇到只有小减少 (或甚至增加） 在个别机组功率系数时放在附近的邻居，从而产生更高的电源对某一地区的土地产出。除纵轴相互作用的潜在流量模型被为了调查在纵轴上阵列性能系数，它比较数组对空间隔离涡轮机中涡轮机的预期平均功率系数的空间安排的变动的影响。基于配置中的鱼群唤醒棚涡的几何排列显示，大幅度增加基于数组的 16 x 16 风力涡轮机的阵列性能系数。研究结果表明对某一地区的土地而失速超过一个数量级的输出功率的增加。
隐身捕食和掠夺性的创 Ctenophore Mnemiopsis Leidyi 成功。
桡足类、 鱼类等的高 metazoans，与 ctenophores 都藏有一套相对狭隘的感觉运动功能基底后生沿袭。然而叶状 ctenophores 可以捕获猎物速度媲美尖端掠夺性桡足类和鱼类，和他们有能力改变的浮游的沿海社区组成。在这里，我们表明掠夺性的 Mnemiopsis leidyi 在于不断头拖拽大量的液体，其使用的纤毛生成当前饲养中的叶状 ctenophore 成功尚未察觉到它的猎物。这种形式的隐身捕食使 M.leidyi 通才捕食捕获的猎物，包括浮游生物 （约 50 μ m），桡足类 (约 1 毫米)，作为饲料和鱼幼虫 (> 3 毫米)。M.leidyi 具有众所周知作为捕食破坏性和成功入侵物种，已启用疗效和这个隐形的喂养机制的多面性。
海洋水层生态系统工程师： 从微生物到水母物种的栖息地的变化。
生态系统的工程师们改变物理环境的方式创建新栖息地或更改现有栖息地适宜性为自己或其他生物的物种。在海洋系统中，大部分重点一直在珊瑚、 牡蛎和向环境中添加物理结构的水生植物的物种，但从微生物到水母和长须鲸驻留在水柱的海洋中的生物，河口和沿海海洋改变内水柱和底栖生物的化学和物理环境。导致缺氧、 轻制度，变化和影响物理混合，这些生物可能作为更明确地属于古典类的生态系统工程师的物种一样强烈影响。此外，浮游的物种，如水母，可能会间接改变通过捕食介导的景观结构的物理环境。通过其率的捕食死亡率创建不同的栖息地的空间格局，浮游掠食者可能控制空间格局和丰度的直接制造者就是的物种或物理生境的修饰符。
