Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

מדידה של כוח דינמי פעל על רגל מים "צעדן" קופץ מעלה על ידי חיישן סרט PVDF

Published: August 3, 2018 doi: 10.3791/58221
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments, Tianjin University

Summary

פרוטוקול כאן מוקדש חוקרים בחינם, תמרון מהיר של מים "צעדן" על פני המים. הפרוטוקול כוללת התבוננות על מיקרו של הרגליים, מדידת אדהזיה הכוח כאשר היוצאת פני המים במהירויות שונות.

Abstract

מחקר זה שמטרתה להביא הסבר התופעה בטבע "צעדן" את המים בדרך כלל קופץ או מחליק על פני המים בקלות אבל במהירות, עם שלה ומכניקה שיא מהירות להשיג 150 ס"מ/s. קודם כל, הבחנו מיקרו של ההיררכיה של מים "צעדן" הרגליים באמצעות המיקרוסקופ האלקטרוני סריקה. על סמך התצפיות המורפולוגיה של הרגליים, מודל תאורטי של הניתוק של פני המים הוקמה, אשר הסביר יכולת של מים striders להחליק על פני המים ללא מאמץ מבחינת הפחתת האנרגיה. שנית, מערכת מדידה וסבילה הומצאה שימוש בחיישן הסרט PVDF עם רגישות מעולה, אשר יכול לזהות את התהליך כל אינטראקציה. לאחר מכן, רגל אחת במגע עם מים נמשכה כלפי מעלה במהירויות שונות, הכוח אדהזיה נמדדה בו זמנית. התוצאות של הניסוי שיוצאת הציע הבנה עמוקה של הקפיצה מהיר של מים striders.

Introduction

בטבע, striders מים בעלי יכולת מדהימה לקפוץ או לגלוש בקלות, במהירות על פני המים בעזרת רגליים דקיקות, nonwetting1,2,3,4,5, אבל לעתים רחוקות זזים לאט, וזה בניגוד החרקים יבשתי. המבנה ההירארכי של מים "צעדן" מייצבת את המדינה superhydrophobic, האינטרפרטציה צמצום משמעותי בכוח אזור והצמדות הקשר בין מים את הרגל6,7,8, 9. עם זאת, היתרונות hydrodynamic של ההתנתקות מהיר של מים striders פני המים נשארים לקוי לפרש10,11,12.

התהליך של קפיצות מפני השטח המים מחולק בעיקר שלושה שלבים13,14,15,16. בהתחלה, מים striders לדחוף פני המים כלפי מטה עם הרגליים באמצע ומאחור כדי להמיר אנרגיה ביולוגית לאנרגיה המשטח של המים עד ששקעו העומק המרבי, המאפשרים את החרק לאתחל את הכיוון קופץ ולקבוע המהירות התולש. ואחריו את הבמה עולה, החרק דחף כלפי מעלה על ידי הכוח נימי של המשטח מים עקומים עד שהגיע מהירות מקסימלית. בשלב הסופי ההתנתקות, "צעדן" המים ממשיך להתרומם לשניים עד שבירת מהמשטח מים, אך המהירות תקטן במידה רבה בשל הכוח אדהזיה עם המים, אשר יש ההשפעה העיקרית על צריכת האנרגיה של "צעדן" מים. לפיכך, פרוטוקול זה מוצע למדוד את כוח אדהזיה במהירויות שונות להמריא על הבמה ההתנתקות ולהסביר על מאפייני ברורים זז מהר.

היו מחקרים רבים לחקור את כוח הדבקה של מים striders כאשר הטלה של פני המים. Lee & קים ותיאורטי השפעול אישר כי הדבקות כוח ואנרגיה נדרש הרמת הרגליים של סטרייד המים ירד באופן דרמטי כאשר הזווית קשר גדל ל 160 מעלות17. פאן ג'ן ווי תוכנן ניסוי ההידרוסטטי כדי למדוד את כוח הדבקה על ידי מערכת TriboScope, אשר נמצאה להיות 1/5 שלה במשקל 18. הואנג Kehchih ניתח את התהליך ומעין סטטי של הרגליים ניתוק מן המים עם דגם 2D ומצא ש-superhydrophobicity של הרגליים שיחק תפקיד משמעותי בהפחתת אדהזיה כוח ואנרגיה פיזור19. אולם, מידת הכוח אדהזיה במחקרים קודמים היה רק במצב של תהליך ומעין סטטיים, אשר לא היתה אפשרות לעקוב אחר השינויים בכוח אדהזיה במהלך הקפיצה מהר.

במחקר זה, תיכננו מערכת מדידה וסבילה באמצעות polyvinylidene פלואוריד (PVDF) הסרט חיישן ולכלי הנגינה אדג'וונט אחרים. לעומת חומרים אחרים פיזואלקטריים, PVDF מתאים יותר למדוד את microforce דינמי עם רגישות גבוהה יותר20,21,22. על ידי שילוב של החיישן הסרט PVDF לתוך המערכת, הכוח אדהזיה בזמן אמת יכול ועוזרת לעבד כאשר הרגל חונה מים משטח23,24,25.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. תצפית של מבנה השטח ברגל מים סטרייד

  1. לאסוף מים striders בריכות מים מתוקים מקומיים באמצעות דיג הנחיתה נטו.
  2. חתכו את פחות 5 זוגות רגליים האמצעי דגימות הניסוי באמצעות מספריים. לגעת בקרקעית של הרגליים בזהירות, כדי למנוע את זיהום הקרקע ומפריעה של מיקרו הקדמי של הרגליים.
  3. נגב את הרגליים בחוץ באוויר באופן טבעי.
  4. להתבונן על מיקרו משטח הרגליים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה עם מיקרו ברמת רזולוציה, כפי שמוצג באיור 1.
  5. לבחון את microsetae של הרגליים באמצעות מיקרוסקופ חשמלי סריקה עם ננו ברמת רזולוציה, כפי שמוצגבאיור 1b.

2. מכינים את הרכיב של מערכת המדידה כוח דינמי

  1. לרכוש חיישן סרט PVDF עם ממד של 14.9 X 10.2 מ מ2 X 28 μm, המייצרת יותר מ 10 mV לכל מיקרו-זן.
    הערה: החיישן הסרט PVDF משמש לחוש חיל קשר דינמי עם רגישות גבוהה.
  2. לרכוש מגבר תשלום עם רווח מרבי של תשלום mV/pC 1000, רעש נמוך μV פחות מ-5.
    הערה: המגבר תשלום משמש כדי להגדיל את האות מהחיישן הסרט PVDF, שבו הפלט תשלום של המתמר מומר לתוך מתח.
  3. לרכוש מכשיר רכישת נתונים, שבה יש קלט אנלוגי את שיעורי דגימה בטווח של 1 S/s ל- 102.4 kS/s.
    הערה: הנתונים רכישת המכשיר משמש כדי לקרוא את הנתונים מתח של המגבר תשלום ולא לשלוח אותם למחשב לצורך עיבוד נוסף ולהציג.
  4. לרכוש מספר שלבים העתק מדויק גבוהה במנוע סרוו.
    הערה: הרגליים יוצאות מן המים במהירות שונה מונע על ידי במנוע סרוו.
  5. רכישת מצלמת CCD, אורך מוקד של מי הוא בטווח של 5 מ מ 30 מ מ, קצב הפריימים הוא 30 fps.
    הערה: מצלמה זו משמשת כדי להקליט ולנטר את דפורמציה של פני המים ואת המרחק בין הרגליים פני המים.
  6. להכנת מחשב בעל ביצועים גבוהים.

3. הרכבה של כל חלקי מערכת מדידה כוח דינמי

  1. להרכיב מערכת מדידה כוח דינמי בהתאם לאיור סכמטית שמוצג באיור 2 לבין הכלי ניסוי אמיתי שמוצג באיור 2b.
  2. לתקן בצד אחד של החיישן הסרט PVDF עם האלקטרודות לבמה העתק מדויק גבוהה, אשר ממוקם על מסגרת אופקית, כמו הצד השני הוא תלוי. שיטת התקנה זו PVDF הפילם חיישן מסייע לשפר את הרזולוציה של המדידה עבור חיל מיקרו דינמיות.
  3. להתחבר החיישן הסרט PVDF המגבר תשלום, המגבר תשלום המכשיר רכישת נתונים, המכשיר רכישת נתונים למחשב.
  4. לתקן את המצלמה לבמה העתק מדויק גבוהה, אשר ממוקם בצד השמאלי של חיישן סרט PVDF.
  5. בערך להתאים את המרחק בין הרגליים במים במהירות, לתקן במה הזחה גבוהה מדויק למסגרת מעל החיישן הסרט PVDF, אשר ההפרדה מהחיישן PVDF הסרט הוא כ- 10 ס מ.
  6. להרים את הרגל מן פני המים במהירות מדויק, לתקן את במנוע סרוו מתחת לזירה הזחה גבוהה מדויק.

4. כיול של מערכת המדידה כוח דינמי

  1. שימוש מערכת כוח אלקטרוסטטי26 ליצירת כוח מיקרו-קבוע פעל על קצה PVDF הסרט חיישן, בסדר גודל של מי צריך להיות פחות מ 0.5 µN. לשלוט את הכוח אלקטרוסטטית של המערכת על ידי מתח שהוחל האלקטרודות הפנימיים והחיצוניים חינם של קבלים גלילי paralleled.
    התראה: הכוח לפעול בכיוון נורמלי השטח הסרט PVDF, הנקודה של היישום אמור להיות הכי קרוב ככל האפשר אל קצהו של החיישן הסרט PVDF להגדיל את הרגישות.
  2. שחרור הכוח בתוך זמן קצר כדי ליצור שלב קלט.
  3. לקרוא את האות בזמן מתח של צעד 4.2 בתוך המחשב באמצעות התוכנה LabVIEW, דבר שעוזר לקרוא אותות מתח הפלט של החיישן הסרט PVDF.
    1. הורידו את התוכנה LabVIEW ההתקן של החומרה NI-DAQmx ב הרשמי באתר של לאומי הכלים.
    2. פתח את הדמו של מדידת מתח אנלוגיים רציפים באמצעות LabVIEW את, כפי שמוצג באיור 3.
    3. בחרו בערוץ פיזית של המכשיר רכישת נתונים מקושר עם המגבר תשלום במודול של הגדרות הערוץ.
    4. הגדר את קצב דגימה 100000 ומספר דגימות 100000 במודול של הגדרות התזמון.
    5. בחר את יומן ולקרוא מצב רישום, לכתוב את נתיב הקובץ כדי לאחסן את נתוני מתח במודול של הגדרות רישום.
    6. בחר את ההדק לא המודול של הגדרות הגורם המפעיל.
    7. לחץ על לחצן החץ-צורה בסרגל הכלים כדי לדגום את האות מתח.
  4. לנתח את העקומה מתח, שבו מתח שיא המתאים לכפות פעל על החיישן.
  5. חזור על השלבים 4.1-4.4-קלט כוח שונים, שבו זכתה סדרה של נקודות מתח-force.
  6. לקבוע את היחס על מתח שיא ועל כוח סטנדרטי בתוצאה כיול.

5. מדידת אדהזיה כוח במהירות מסוימת

  1. במקום טיפה מים (5 µL) על סוף החיישן הסרט PVDF באמצעות micropipette מכני ללא תשלום.
    הערה: המיקום של ה-droplet צריך להיות קרוב קצה החיישן הסרט PVDF.
  2. לתקוע רגל אחת במנוע סרוו מתחת לזירה הזחה גבוהה מדויק.
  3. להעביר העתק מדויק גבוהה הבמה כלפי מטה עד הרגל אנשי הקשר עם פני המים, כפי שמוצג באיור 4. הצג המרחק בין פני השטח הרגל ומים על ידי מערכת המצלמה רכוב על הצד השמאלי של החיישן.
  4. הרם את הרגל מהמשטח מים במהירות קבועה דרך במנוע סרוו.
  5. לחשב את הכוח המתאימה לכל נקודה של עקומת מתח של תהליך יציאה באמצעות מודל שהוקמה בשלב 4.6 ולאחר מכן צייר את עקומת כוח-זמן של היוצאים התהליך, כפי שמוצג באיור 4b.
  6. להקליט את הידבקות שיא של תהליך עוזבים במהירות מסוימת.

6. מדידת אדהזיה כוח במהירויות שונות.

  1. לשנות את מהירות הרמה של הרגליים על ידי במנוע סרוו ולמדוד את הכוח אדהזיה לפי שלב 5.
  2. להתוות את כוח הדבקה לעומת הרמה עקומת מהירות באמצעות הנתונים צבר בשלב 6.1.
  3. ניתוח היחסים בין הכוח אדהזיה ומהירות הרמה דרך העקומה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

היחס בין הרמת כוח ומהירות אדהזיה מוצג בטבלה 1. כאשר מהירות הרמה עולה מ- 0.01 m/s ל 0.3 m/s, כוח הדבקה בין המים משטח וברגל יתקצר באופן משמעותי מ- 0.10 0.03. התוצאות של הניסוי שיוצאת הראו כי הכוח אדהזיה השיא היתה ירידה דרמטית כמו העלייה מהירות הרמה, אשר ציין כי striders מים עשויים להרגיש נוח אם הם לנוע במהירות על פני המים.

בנייר זה, נוצר מודל של הרגליים היוצאת פני המים המבוסס על מיקרו את הרגליים ואת הצורה של setae, אשר יכול להבהיר את המנגנון של קפיצה קלה מפני השטח מים עם הפחתת אנרגיה נמוכה. Seta הרגליים היה פוסט מחודדות עם החלק הקדמי דק ומאחור עבות במיוחד, כפי שמוצג באיור 1, אשר הביא הנוקשות של החלק הקדמי נמוכים בהרבה מאשר האחורי. לפיכך, החלק הקדמי של seta נטו לכופף בקלות, בזמן האחורי עשה אינה נובעת הנוקשות מעולה. כאשר הרגל היה התרחקה מים, setae על הרגל היה כפוף כתוצאה הכוח אדהזיה, סוף סוף להיות אנכית אל פני המים, כמוצג באיור5. מים יפלו לאורך setae באופן טבעי עם פיזור אנרגיה נמוכה, אשר יכול להיות מוזנחים. הכיפוף של seta יפחית את קו קשר משמעותי לעיגול בקוטר של 0.2 מ', הפחתת האנרגיה יכול להתבטא כ:

Equation 1
איפה, y מקדם מתח, 72 mJ/m2 והיה D הקוטר של העצה של seta, בהתאמה. לפיכך, striders מים קופצים במים בקלות.

היחס בין הכוח אדהזיה והרמה מהירות היתה להתפרש ביסודיות באמצעות מודל שיוצאת הקודם. על פי חוק שימור האנרגיה, האנרגיה הכוללת של מים גנובים בשל הכוח אדהזיה היה שווה בקירוב להפחתת האנרגיה של הרגל Eנותנים דיס. במודל זה, Eנותנים דיס היה קבוע על מהירות הרמה שונים. לכן, האנרגיה של המים עצר, כולל פוטנציאל האנרגיה Ep והאנרגיה הקינטית Ek, היה כפי שאני. מהירות הרמה גבוהה תוביל פוטנציאל קטן אנרגיה Ep ואנרגיה קינטית גדולה Ek. לכן, כמו מהירות הרמה מוגברת, הכוח אדהזיה, פרופורציונליים לאנרגיה פוטנציאלית Ep, תקטן באופן דרסטי.

Figure 1
איור 1: "צעדן" מים nonwettingרגליים. (א) setae על הרגל superhydrophobic. (ב) החריצים ננו-setae. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: בשיטת המדידה כוח דינמי. (א) איור סכמטי של מערכת המדידה וסבילה מורכב חיישן סרט PVDF, מצלמת CCD, מגבר תשלום, מכשיר רכישת נתונים ומחשב. (ב) כלי ניסוי אמיתי של מערכת המדידה כוח דינמי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : הלוח הקדמי של ההדגמה של מדידת מתח אנלוגיים רציפים. הדמו של LabVIEW משמש דגימת אותות מתח של החיישן הסרט PVDF. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : הניסוי ההמראות של הרגליים במהירות מסוימת. (א) הניתוק של הרגליים הרחק פני המים. (ב') הידבקות בזמן אמת כוח נמדד על ידי חיישן סרט PVDF. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: מודל תיאורטי של הרגל של סטרייד המים היוצאת פני המים- מודל זה מדגים seta היא כיפוף פילינג מהמשטח מים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Table 1
טבלה 1: הכוח אדהזיה השיא נמדד במהירויות שונות הרמה. הכוח אדהזיה מקטין באופן משמעותי מ- 0.10 μN כדי μN 0.03 נקודות עם גידול של הרמת מהירות מ- 0.01 m/s ל 0.3 m/s.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה, מערכת מדידה וסבילה המבוססת על החיישן הסרט PVDF היה בהצלחה המציאו, התאספו, מכויל כדי למדוד את הכוח אדהזיה מהמשטח מים. בין הצעדים כל, זה היה חיוני כי הכוח אדהזיה נמדדה במהירויות שונות על-ידי הרמת הרגל מהמשטח מים כמו מחקר זה התמקד המאפיין יוצא דופן של תמרון מהיר על פני המים. התוצאות של היוצאים הניסוי הראו כי הכוח אדהזיה ירד כאשר מהירות הרמה מוגברת. אלה מובהר כי striders מים היה מרגיש רגוע אם הם עברו במהירות גבוהה על פני המים.

שיטת המדידה מבוססת PVDF וסבילה היא בבחינת השלמה חשובה השיטה המסורתית. ב מעבר ללימודים, אדהזיה בכוח striders מים בתהליך התנתקות בדרך כלל נמדדה על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) במצב סטטי ומעין. לעומת השיטה AFM, למרות כי הדיוק מדידה הוא נחות מעט, החיישן הסרט PVDF הוא היכולת למדוד את הכוח של אובייקטים מאקרוסקופית גדול יותר. בנוסף, בשל מאפייניו תגובת תדר גדולים, החיישן הסרט PVDF יכול למדוד אינטראקציה דינאמית בין הרגליים לבין פני המים בזמן AFM יכול רק להשתמש במצב סטטי ומעין ולהפך.

השיטה המוצעת עבור מדידת כוח דינמי נאסר המיקרו-הכוח היחיד יכול להיות נאמד מול תורתו. אם אנחנו מיישמים כוחות גדולים החיישן משתלשלות, זה יגרום עיוות ניכר של החיישן הסרט PVDF, אשר יוביל לתוצאה מדויק. יתר על כן, האזור הרגיש של החיישן הסרט PVDF היה קטן, אשר מוגבל לגודל האובייקט נמדד. עם זאת, בניגוד השיטה המקובלת, השיטה המוצעת היה מסוגל למדוד את כוח דינמי ולא רק למדוד את כוח סטטי, אשר יכול להפגין את התהליך כל אינטראקציה.

בשיטה זו מבוסס על חיישן סרט PVDF יש יישומים רבים בתחומים רבים בשל הרגישות גבוהה בכוח דינמי חישה וגמישות מדהים. לדוגמה, זה כבר נמשך תשומת לב רבה ליישום בפיקוח בריאות מבניים על-ידי ניטור התגובה של מבנים תחת הרטט או גדול תנועות27,28. בנוסף, משמשים את החיישנים הסרט PVDF למדוד ישירות את האינטראקציה בין שתי טיפות inviscid בתהליך coalescence, שבו מכניקת לא שהבינו. יתר על כן, החיישן הסרט PVDF גם ממלא תפקיד חשוב בתחושת המישוש רובוטים29. החיישן מוטבע בקצות האצבעות של הרובוט כדי למדוד את חיל הקשר, כמו גם הטמפרטורה קשר של אובייקט. בתחום המחקר הביולוגי, חיישנים מבוססי PVDF כוח לעזור לשפר את אחוזי ההצלחה של המניפולציה תא בודד, כגון הזרקת הדנ א טיפול גנטי, באמצעות הפקד משוב מכאני מדויק עם רגישות גבוהה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחבר אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים מודים הלאומית מפתח טכנולוגיה ומחקר תוכנית הפיתוח של משרד המדע, הטכנולוגיה של סין (מספר 2011BAK15B06) על תמיכתם. תודה Shuya דז'ואנג מי הוא תלמיד מאסטר מן המעבדה שלנו שעזרת לנו להשלים את. הצילומים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PVDF film sensor TE Connectivity DT1-028K/L The PVDF film sensor is used to sense the dynamic contact force .
Charge amplifier Wuxi Shiao Technology co.,Ltd YE5852B The charge amplifier is an electronic current integrator that produces a voltage output proportional to the integrated value of the input
Data acquisition device National Instruments USB-4431 The data acquisition device is used to read the voltage data.
Displacement stage ZOLIXINSTRUMENTS CO.LTD KSAV1010-ZF KSAV1010/2030-ZF is a wedge vertical stage with high-resolution, high-stability and high-load.
CCD camera Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd digital microscope A1 Frame rate: 30 frames/sec;Focal distance: 5mm - 30mm
Computer Lenovo G480
Servomotor EMAX US Inc. ES08MD It's not bad this servo with speed varying from 0.10 sec/60° / 4.8v to 0.08 sec/60°/6.0v.
Mechanical Pipettes Dragon Laboratory Instruments Limited YE5K693181 The pipettes cover volume range of 0.1 μl to 2.5 μl

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gao, X., Jiang, L. Biophysics: Water-repellent legs of water striders. Nature. 432 (7013), 36 (2004).
  2. Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. The hydrodynamics of water strider locomotion. Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).
  3. Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W. Drag reduction of a miniature boat with superhydrophobic grille bottom. AIP Advances. 1 (3), 032148 (2011).
  4. Su, Y., et al. Nano to micro structural hierarchy is crucial for stable superhydrophobic and water-repellent surfaces. Langmuir. 26 (7), 4984-4989 (2010).
  5. Feng, X. Q., Gao, X., Wu, Z., Jiang, L., Zheng, Q. S. Superior water repellency of water strider legs with hierarchical structures: experiments and analysis. Langmuir. 23 (9), 4892-4896 (2007).
  6. Suter, R. B., Stratton, G., Miller, P. R. Water surface locomotion by spiders: distinct gaits in diverse families. Journal of Arachnology. 31 (3), 428-432 (2003).
  7. Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y. Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs. Applied Physics Letters. 109 (16), 163701 (2016).
  8. Liu, J. L., Feng, X. Q., Wang, G. F. Buoyant force and sinking condition of a hydrophobic thin rod floating on water. Physical Review E. 76 (6), 066103 (2007).
  9. Ng, T. W., Panduputra, Y. Dynamical force and imaging characterization of superhydrophobic surfaces. Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids. 28 (1), 453-458 (2012).
  10. Zheng, Y., et al. Elegant Shadow Making Tiny Force Visible for Water-Walking Arthropods and Updated Archimedes' Principle. Langmuir. 32 (41), 10522-10528 (2016).
  11. Zhao, J., Zhang, X., Chen, N., Pan, Q. Why superhydrophobicity is crucial for a water-jumping microrobot? Experimental and theoretical investigations. Acs Appl Mater Interfaces. 4 (7), 3706-3711 (2012).
  12. Shi, F., et al. Towards Understanding Why a Superhydrophobic Coating Is Needed by Water Striders. Advanced Materials. 19 (17), 2257-2261 (2010).
  13. Yang, E., et al. Water striders adjust leg movement speed to optimize takeoff velocity for their morphology. Nature communications. 7, 13698 (2016).
  14. Liu, J. L., Sun, J., Mei, Y. Biomimetic mechanics behaviors of the strider leg vertically pressing water. Applied Physics Letters. 104 (23), 231607 (2014).
  15. Kong, X. Q., Liu, J. L., Wu, C. W. Why a mosquito leg possesses superior load-bearing capacity on water: Experimentals. Acta Mechanica Sinica. 32 (2), 335-341 (2016).
  16. Liu, J. L., Mei, Y., Xia, R. A new wetting mechanism based upon triple contact line pinning. Langmuir. 27 (1), 196-200 (2011).
  17. Lee, D. G., Kim, H. Y. The role of superhydrophobicity in the adhesion of a floating cylinder. Journal of Fluid Mechanics. 624, 23-32 (2009).
  18. Wei, P. J., Chen, S. C., Lin, J. F. Adhesion forces and contact angles of water strider legs. Langmuir. 25 (3), 1526-1528 (2008).
  19. Su, Y., Ji, B., Huang, Y., Hwang, K. Nature's design of hierarchical superhydrophobic surfaces of a water strider for low adhesion and low-energy dissipation. Langmuir. 26 (24), 18926-18937 (2010).
  20. Shen, Y., Xi, N., Lai, K. W. C., Li, W. F. A novel PVDF microforce/force rate sensor for practical applications in micromanipulation. Sensor Review. 24 (3), 274-283 (2004).
  21. Wang, Y. R., Zheng, J. M., Ren, G. Y., Xu, C. A flexible piezoelectric force sensor based on PVDF fabrics. Smart Materials and Structures. 20 (4), 045009 (2011).
  22. Liu, G., et al. Application of PVDF film to stress measurement of structural member. Journal of the Society of Naval Architects of Japan. 2002 (192), 591-599 (2002).
  23. Fujii, Y. Proposal for a step response evaluation method for force transducers. Measurement Science and Technology. 14 (10), 1741-1746 (2003).
  24. Zheng, Y., et al. Improving environmental noise suppression for micronewton force sensing based on electrostatic by injecting air damping. Review of Scientific Instruments. 85 (5), 055002 (2014).
  25. Zheng, Y., et al. The multi-position calibration of the stiffness for atomic-force microscope cantilevers based on vibration. Measurement Science and Technology. 26 (5), 055001 (2015).
  26. Sun, P., et al. The Differential Method for Force Measurement Based on Electrostatic Force. Journal of Sensors. 2017, 1857920 (2017).
  27. Song, L., et al. Highly Sensitive, Precise, and Traceable Measurement of Force. Instrumentation Science & Technology. 44 (4), 386-400 (2016).
  28. Kurata, M., Li, X., Fujita, K., Yamaguchi, M. Piezoelectric dynamic strain monitoring for detecting local seismic damage in steel buildings. Smart Materials and Structures. 22 (11), 115002 (2013).
  29. Qasaimeh, M. A., Sokhanvar, S., Dargahi, J., Kahrizi, M. PVDF-based microfabricated tactile sensor for minimally invasive surgery. Journal of Microelectromechanical Systems. 18 (1), 195-207 (2009).

Tags

הנדסה גיליון 138 "צעדן" מים סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים דינמי לכפות שיטת מדידה PVDF הסרט חיישן אדהזיה כוח הפחתת האנרגיה
מדידה של כוח דינמי פעל על רגל מים "צעדן" קופץ מעלה על ידי חיישן סרט PVDF
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, L., Zhao, M., Wang, Z., Li,… More

Zhang, L., Zhao, M., Wang, Z., Li, Y., Huang, Y., Zheng, Y. Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor. J. Vis. Exp. (138), e58221, doi:10.3791/58221 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter