Name: פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-10T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: חקור פלטפורמה רובוטית לחקר הידרודינמיקה של שחייה באריות ים קליפורניים. השיטה מאפשרת ניתוח מפורט של כוחות ושדות זרימה בסביבת מעבדה מבוקרת.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

המחברים רוצים להודות לקרן הסיוע של אוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון על התמיכה הכספית בפרויקט. מר פאטל אסיר תודה לתוכנית הקיץ לתואר ראשון בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של אוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון ולפרס המחקר לתואר ראשון על התמיכה הכספית. לבסוף, אנו אסירי תודה למרכז GWU לביומטיקה והנדסה ביולוגית (COBRE) על השימוש במתקנים הנשלטים על ידי המרכז.

1. לספרת שדוגמא אריה הים Foreflipper <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקת דגימה של foreflipper ארית ים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג שדוגמא סנפיר אריות ים מתוך (איור 1 א) אדם שנפטר. הערה: במקרה שלנו, הם התקבלו מפארק זואולוגי סמיתסוניאן בוושינגטון </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אנכי לתלות את foreflipper מבסיסו (שבו foreflipper מצרף את הגוף של בעל החיים). זה הוא מאפשר הסנפיר להיות ישר כאשר סרק, וחושף את כל פני השטח לסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנפיר סריקה באמצעות סורק אור ברזולוציה גבוהה מובנים, עם דיוק של כ 0.5 מ&quot;מ, וטעייה של כ 0.1 מ&quot;מ (איור 1b). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבא את ענן הצבע לתוך תוכנות CAD ו לדקלם אותו כמשטח. לשם כך, לחץ על &#39;פתח&#39; ובחר בקובץ .obj הרצוי. לחץ על &#39;יבא&#39; כדי לייבא את הקובץ לתוך תוכנות CAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפעל את ענן הצבע שהתקבל באמצעותתכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה על ידי לחיצה על &quot;קיצוץ Extruded &#39;וגזירת חלק הבשר (חלק לא רצוי) של הסריקה. לאחר מכן, לחץ על &#39;סולם&#39; כדי להשיג את קנה המידה המתאימה סנפיר רובוטית (68% מגודל מלא). בדוק סנפיר עבור לכידה בפירוט מספיק על ידי השוואה כדי הדגימה המקורית (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור את התבנית סביב הסנפיר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד תוכנות CAD, השתמשו משטחי הסנפיר כדי להקים עובש על ידי יצירת נפח סביב סביב משטח הסנפיר. עושה זאת על ידי לשיחול גוש מלבן ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; לצייר מלבן ואז לשיחול אותו יותר מהגובה של הסנפיר להקיף אותו לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקישו על &#39;עצרת&#39; ולייבא את שני החלקים (סנפיר ולחסום מלבני) לתוך שטח עבודה. הקישו על &#39;Mate&#39; ולבצע את המטוס הקדמי העליון של שתי סנפיר ועובש כמו חופפות. זה מציב אוטומטית את הסנפיר בתוך התבנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sele גודלct העובש מעץ העיצוב ולחץ על &#39;חלק ערוך&#39;. לאחר החלק מסומן, לחץ על &#39;הוספה&gt; תכונות&gt; חלל&#39; לעשות חלל של הסנפיר בתוך התבנית. שרטוט קו במרכז העובש מלבני ולחץ על &quot;פיצול&quot; כדי ליצור שני חלקים של אותו העובש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על &#39;חותך חלק&#39; כדי להפריד בין הנפח שמסביב לשני חלקים להפקת סנפיר קל. הכנס חללי יתדות בכל מחצית מהמחזור ולשמור אותו בתור חלק אחד ושני של עובש הסנפיר (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת קבצי &#39;.SLDRPT&#39; של עובש &#39;.STL&#39;. יבוא קבצים אלה תוכנת הקניינית של מדפסת 3D ולחץ על &quot;הדפסה&quot; על מנת ליצור את תבנית מודפס 3D. </li></ol></li></ol> 2. תכנן את מבנה העצם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את foreflipper הדיגיטלי בתוך תוכנות CAD ולקבל תמונה של ארית ים foreflipper מבנה עצמות לעיון (כגון דמות1 באנגלית, 1977 19). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב שלוש חתיכות שונות המחקות את מבנה העצמות שתתאים בתוך מודל דיגיטלי של foreflipper. בכל הליך זה, &#39;בסיס&#39; מתייחס לסוף חלק קרוב לבסיס של foreflipper ו &#39;טיפ&#39; מתייחס לסוף החלק הקרוב יותר אל קצה foreflipper. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece Base <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין מפרק הכתף ואת פרק כף היד של סנפיר אריה ים (מדידות מתקבלים באמצעות סרט מדידה). לעשות זאת באמצעות תוכנות CAD ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; וייצוב שצורת כתבת הבסיס (איור 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני קצותיו של חלק על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; וציור שני עיגולים. הקש על &#39;הבוס Extrude&#39; כדי למתוח את האורך הרצוי מהמטוס של יצירת הבסיס. הקש על הסקיצה של המעגל הקטן לחתוך לתוך extrude ידי לחיצה על &#39;גזור Extrude&#39; לעשותמקום הפיר. כדי לחזק משותפת זו, לחץ על &#39;פילה&#39; להחליק את המפרקים החדים. הערה: הממדים של החוגים תלוי בגודל של הפיר לשמש במהלך הרכבת הסנפיר על גבי מתעל המים. במקרה שלנו, הקוטר של המעגל הקטן הוא 0.5 אינץ &#39;ואת המעגל הגדול יותר הוא 1 סנטימטר. סוף הבסיס יישב מחוץ גיאומטרית עור סנפיר, כך הגודל של הפארקים אינו נופל תחת האילוצים של העור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece התיכון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין מפרק כף-יד ואת משותף המפרק של אריה ים. עושים זאת על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; ולשרטט את הצורה הרצויה (כפי שמוצג איור 4) על מטוס. לאחר הגיאומטריה נועדה, לחץ על &#39;Extrude&#39; כדי לקבל את הצורה התל-ממדי הבסיסי של היצירה באמצע. הזן את האורך המעוקם כמו 0.1650 אינץ &#39;. הערה: את הצורה הרצויה של היצירה באמצעבניסוי שלנו הוא טרפז עם גובה של 2.25 אינץ &#39;ואורך של שני הבסיסים כמו 1.625 ו 0.850 אינץ&#39; בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני הקצוות. האם זה כמתואר בשלב 2.2.1.2. הקוטר של החתך שהחול הוא 0.125 אינץ &#39;. חבר את הפארקים בקצה הבסיס עד הסוף קצה חתיכת הבסיס עם אקסל לגבש ציר המייצג את מפרק הכף-היד. הערה: הפרק צריך להתאים בתוך הנפח של foreflipper, כך לעצב בהתאם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת מגדל כ 1 סנטימטר גובה עד הסוף קצה החתיכה משני הצדדים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להוסיף מגדל, לחץ על &#39;סקיצה&#39; ולשרטט מלבן על בסיס המודל. Extrude את הסקיצה על ידי בחירת סקיצה ולחיצה על &quot;בוס Extrude &#39;. העובי של המגדל במקרה המסוים הזה הוא 0.165 אינץ &#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על &#39;פילה&#39; ובחר את מודל קצה אחד של המגדל המעוקם. זה מחזק את משותפת חדה שבו המגדל לבין base של היצירה באמצע מחוברים. זה בסדר אם המגדל שבולט מן הגיאומטריה של העור. המגדל צריך להיות עבה מספיק כדי לעמוד הכוחות שנוצרו במהלך טפיחת סנפיר. ראה איור 4 לעיון. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece טיפ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין המפרק המפרק ואת קצה עצם אצבע הארוך של אריה ים. עושה זאת על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; ו ומשרטטת צורה רצויה על מטוס. לאחר הגיאומטריה נועדה, לחץ על extrude כדי לקבל את הצורה התל-ממדי הבסיסי של יצירת הקצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני הקצוות. האם זה כמתואר בשלב 2.2.1.2. הקוטר של החתך המעוקם צריך להיות שווה לקוטר של הציר, אשר בניסוי הזה הוא 0.125 אינץ &#39;. פרקי האצבעות על קצה הבסיס יחוברו עד הסוף קצה החתיכה באמצע עם ציר לגבש ציר מייצג המפרק המפרק. הגיאומטריה של KNU אלהckles צריך להתאים בתוך הגיאומטריה של העור foreflipper, כך לעצב בהתאם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת מגדל כ 1 סנטימטר גובה עד סוף הבסיס של יצירה על שני הצדדים. האם זה המתואר בשלב 2.2.2.3. העובי של המגדל במקרה המסוים הזה הוא 0.165 אינץ &#39;. זה בסדר אם המגדל שבולט מן הגיאומטריה של העור. המגדל צריך להיות עבה מספיק כדי לעמוד הכוחות שנוצרו במהלך טפיחת סנפיר. ראה איור 5 לעיון. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. יצירת פליפר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 3D להדפיס את השלד (בסיס, חתיכות בינוניות קצה) של הסנפיר. המרת קובץ &#39;.SLDRPT&#39; מ- CAD כדי &#39;.STL&#39; ולייבא אותו לתוך התוכנה הקניינית של המדפסת ולחץ על &#39;הדפסה&#39;. הערה: הנחיות ההדפסה שונות עבור כל מדפסת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזק את פרקי היצירה הבינונית טיפ עם דבק (אפוקסי) וחוטי פחמן. כדי לעשות זאת, לחתוך פחמימותעל האשכולות של 0.750 אינץ &#39;אורך. החל דבק על מבנה העצמות מודפס 3D ולהניח את האשכולות על פרקי. אין זה הכרחי כדי לחזק את המפרק הגדול על פיסת הבסיס (איור 5 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח חורים בתחתית כל מגדל הקוטר של המחרוזת Kevlar (מחרוזות אשר ישמשו כדי להניע את המפרקים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את כל החלקים יחד העצם מבסיס להטות באמצעות סרנים. עושים זאת על ידי הצבת כל הרכיבים על שולחן שטוח כפי שמוצג באיור 4. כדי לחבר את בסיס החתיכה באמצע, ליישר את הפארקים של החלקים והכניסו את הציר. השתמש באותה טכניקה כדי להתחבר באמצע ואת פיסת עצה יחד. השתמש דבק בכל קצה של כל ציר כדי להבטיח את הציר לא זז רוחבי (איור 5 ב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך צינורות פלסטיק באורך הבא. חותכים ארבעה צינורות באורך של היצירה עצם הבסיס (L 1 = 8 ס&quot;מ) ושני צינורות באורך של היצירה באמצע (L 2 = 6 ס&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים 4 חתיכות של קאבמחרוזת Lar, כל 3 מטרים אורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלק מייתר אחד דרך צינור L 1 ולאחר מכן צינור L 2. מפולת בוץ נוספת מחרוזת באמצעות צינור L 1. חוזרים על הפעולה עם הצינורות ומחרוזות הנותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הצינורות על גבי מבנה העצמות ולהשתמש קלטת ברורה להחזיקם במצב זמני. באמצעות דבק, מקל הצינורות על מבנה העצם ולאחר מכן להסיר את הקלטות. הערה: אין עמדה ספציפית בם הצינורות צריכים להיות ממוקמים, ההיבט הקריטי הוא פשוט לתקוע אותם על פני השטח של המבנה. השתמש 5c איור כקו מנחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השחל את מחרוזת Kevlar מהצינור L 1 צינור L 2 דרך חורים שנקדחו על חתיכות קצה באמצע כמתואר בשלב 3.1.2. הפוך קשר קטן אבל בטוח ברגע שראה את השרשרת הוא דרך החור (5D האיור). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת העור של הסנפיר ליצור סנפיר סופי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד 200 מ&quot;ל של silicעל ובינוניים סיליקון בשני מיכלים שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים הם נוזלים אלה לתוך קערת פלדה. להוסיף מדלל צבע (שלא יעלו על 10% מהמשקל של התערובת הכוללת) לתערובת עבור קל לשפוך ולערבב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במיקסר עמדה לערבב את התערובת היטב במשך 3 - 4 דקות. צבע ניתן להוסיף בשלב זה להשיג את האפקטים החזותיים הרצוי. אם מיקסר עמדה אינו זמין, השתמש להקציף לערבב אותו, מקפיד לגרד את הצדדים ואת התחתון של המכל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס מוט לתוך המפרקים של חלק הבסיס ויישרת אותו במפרקי האצבעות של עובש הסנפיר. כאשר יתדות להתאים לתוך החללים של עובש, מבנה העצמות מיושר באופן מושלם את התבנית סנפיר. תוך כדי לחיצה ממושכת על שני חלקים של עובש, לאבטח את החלקים באמצעות מהדק לדחיסה הוסיפה (שלב זה הוא קריטי, כך שתערובת סיליקון לא לדלוף מן הפער בין שני החלקים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר התערובת היא מעורבת, בזהירות לשפוך אותו העובש עד הפרק העליוןשל מבנה העצם. והנזילה נוזלת מהחור התחתון של העובש היא סמן את התערובת מקבל מפוזרים באופן אחיד. באותה ההתקפה של זה, לסתום את החור, כדי למנוע זרימה נוספת של הנוזל. השאר את הנוזל לרפא במשך ארבע שעות לפני הסרת רובוט הסנפיר מהתבנית (ראה איור 6). </li></ol></li></ol> שמה 4. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לעלות על סיליקון foreflipper על מתעל מים (איור 7), ליצור מבנה הרכבה. ייצוג CAD של האסיפה המוגמרת הוצג. (איור 8). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב צלחת עם חתך באמצעות תוכנות CAD מעוקם בזהירות. הקישו על &#39;סקיצה&#39; וצייר מלבן של ממדים 14 x 19 אינץ &#39;(גובה לא משנה כמו חיתוך בלייזר נעשה שימוש בקובץ .dwg). השתמש לוח מרובע של פלדה כבסיס לייצור צלחת זו. העלה ציור דו ממדים מתוכנת CAD במחשב מחובר חותך ליזר פלדה להשיג הקיצוצים הרצויים. הערה: תיצלחת של בתים המנועים ואת הקיצוץ הוא מאפשר מערכת הגלגלת לעבוד. רוחבו של הצלחת הוא שווה לרוחב של מתעל המים, ובכך להקל כדי להחליק את הצלחת על המתעל. סוג זה של מיקומים עוזר בסילוק קל של הרכבת ההרכבה להחליף חלקים או מודל foreflipper. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את foreflipper ואת הגלגלת על פיר, אשר מחליקה לתוך מסבך משולש. הערה: מערכת תלת-גלגלת מיושמת להעביר את מומנט / כוח מהמנוע למוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מסב צידיו כדי לעזור המוט כדי לסובב בצורה חלקה. כדי להגביל את חופש התנועה של מוט בכיוון לרוחב, הנח צווארונים פירים בכל קצה של הפיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את ההצעה של סנפיר על ידי בחירת הפונקציה ריצה על הנהג. לחיצה על כפתור&#39;למעלה&#39; מסתובבת עם כיוון שעון סנפיר והלחצן &#39;Down&#39; מסובב את נגד כיוון שעון הסנפיר. הנהג מאפשר לשנות את הסיבובים לדקה של המנועפיר בהתאם להוראות ב -20 הידניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את היציאה לצבוע ישר זווית במים להגביר את הלחץ על מערכת הצבע. כוון את המהירות של הצבע למהירות freestream של המים כך לצבוע מופיע בתור נימה חלקה אחת. סובב את הסנפיר כדי לצבוע אינטראקציה ו נלכד עם המערבולות וכתוצאה מכך שנוצרו. </li></ol>

<ol><li>Feldkamp, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swimming+in+the+California+sea+lion%3A+Morphometrics%2C+drag+and+energetics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Swimming in the California sea lion: Morphometrics, drag and energetics.</a> Journal of Experimental Biology. 131, 117-135 (1987).</li>
<li>Godfrey, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additional+observations+of+subaqueous+locomotion+in+the+California+sea+lion+%28zalophus+californianus%29%5BTitle%5D)+AND+%22Aquatic+Mammals%22%5BJournal%5D)">Additional observations of subaqueous locomotion in the California sea lion (zalophus californianus).</a> Aquatic Mammals. 11 (2), 53-57 (1985).</li>
<li>Stelle, L. L., Blake, R. W., Trites, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+drag+in+steller+sea+lions+%28eumetopias+jubatus%29%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic drag in steller sea lions (eumetopias jubatus).</a> The Journal of Experimental Biology. 203 (12), 1915-1923 (2000).</li>
<li>Yu, J., Wang, L., Tan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+framework+for+biomimetic+robot+fish%27s+design+and+its+realization%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+American+Control+Conference%22%5BJournal%5D)">A framework for biomimetic robot fish's design and its realization.</a> Proceedings of the American Control Conference. , 1593-1598 (2005).</li>
<li>Friedman, C., Leftwich, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+kinematics+of+the+California+sea+lion+foreflipper+during+forward+swimming%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+and+Biomimetics%22%5BJournal%5D)">The kinematics of the California sea lion foreflipper during forward swimming.</a> Bioinspiration and Biomimetics. 9 (4), (2014).</li>
<li>Friedman, C., Joel, B. W., Schult, A. R., Leftwich, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+3D+geometry+extraction+of+a+Sea+lion+foreflipper%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aero+Aqua+Bio-mechanisms%22%5BJournal%5D)">Noninvasive 3D geometry extraction of a Sea lion foreflipper.</a> Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms. 4 (1), 25-31 (2015).</li>
<li>Aguilar, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+locomotion+robophysics%3A+the+study+of+movement+at+the+intersection+of+robotics%2C+soft+matter+and+dynamical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Rep+Prog+Phys%22%5BJournal%5D)">A review on locomotion robophysics: the study of movement at the intersection of robotics, soft matter and dynamical systems.</a> Rep Prog Phys. 79 (11), 110001(2016).</li>
<li>Holmes, P., Koditschek, D., Guckenheimer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+dynamics+of+legged+locomotion%3A+models%2C+analyses%2C+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Dynamics%22%5BJournal%5D)">The dynamics of legged locomotion: models, analyses, and challenges.</a> Dynamics. 48 (2), 207-304 (2006).</li>
<li>Mazouchova, N., Umbanhowar, P. B., Goldman, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flipper-driven+terrestrial+locomotion+of+a+sea+turtle-inspired+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+%26+Biomimetics%22%5BJournal%5D)">Flipper-driven terrestrial locomotion of a sea turtle-inspired robot.</a> Bioinspiration & Biomimetics. 8 (2), 026007(2013).</li>
<li>Hultmark, M., Leftwich, M. C., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flowfield+measurements+in+the+wake+of+a+robotic+lamprey%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+fluids%22%5BJournal%5D)">Flowfield measurements in the wake of a robotic lamprey.</a> Experiments in fluids. 43 (5), 683-690 (2007).</li>
<li>Ijspeert, A. J., Crespi, A., Ryczko, D., Cabelguen, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+swimming+to+walking+with+a+salamander+robot+driven+by+a+spinal+cord+model%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">From swimming to walking with a salamander robot driven by a spinal cord model.</a> Science. 315 (5817), 1416-1420 (2007).</li>
<li>Buchholz, J. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+evolution+of+the+wake+structure+produced+by+a+low-aspect-ratio+pitching+panel%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+fluid+mechanics%22%5BJournal%5D)">On the evolution of the wake structure produced by a low-aspect-ratio pitching panel.</a> Journal of fluid mechanics. 546, 433-443 (2006).</li>
<li>Lauder, G. V., Anderson, E. J., Tangorra, J., Madden, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fish+biorobotics%3A+kinematics+and+hydrodynamics+of+self-propulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Fish biorobotics: kinematics and hydrodynamics of self-propulsion.</a> Journal of Experimental Biology. 210 (16), 2767-2780 (2007).</li>
<li>Leftwich, M. C., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thrust+production+by+a+mechanical+swimming+lamprey%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+fluids%22%5BJournal%5D)">Thrust production by a mechanical swimming lamprey.</a> Experiments in fluids. 50 (5), 1349-1355 (2011).</li>
<li>Leftwich, M. C., Tytell, E. D., Cohen, A. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wake+structures+behind+a+swimming+robotic+lamprey+with+a+passively+flexible+tail%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Wake structures behind a swimming robotic lamprey with a passively flexible tail.</a> Journal of Experimental Biology. 215 (3), 416-425 (2012).</li>
<li>Buchholz, J. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+wake+structure+and+thrust+performance+of+a+rigid+low-aspect-ratio+pitching+panel%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+fluid+mechanics%22%5BJournal%5D)">The wake structure and thrust performance of a rigid low-aspect-ratio pitching panel.</a> Journal of fluid mechanics. 603, 331-365 (2008).</li>
<li>Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+the+propulsive+performance+of+heaving+flexible+panels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+fluid+mechanics%22%5BJournal%5D)">Scaling the propulsive performance of heaving flexible panels.</a> Journal of fluid mechanics. 738, 250-267 (2014).</li>
<li>Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+propulsors+in+ground+effect%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+%26+biomimetics%22%5BJournal%5D)">Flexible propulsors in ground effect.</a> Bioinspiration & biomimetics. 9 (3), 036008(2014).</li>
<li>English, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+anatomy+of+the+hands+of+fur+seals+and+sea+lions%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Anatomy%22%5BJournal%5D)">Functional anatomy of the hands of fur seals and sea lions.</a> American Journal of Anatomy. 147 (1), 1-17 (1976).</li>
<li>PRONET-E Quick Start Guide. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.anaheimautomation.com/manuals/servo/L011035%20-%20ProNet%20Quick%20Start%20Guide.pdf">https://www.anaheimautomation.com/manuals/servo/L011035%20-%20ProNet%20Quick%20Start%20Guide.pdf</a> (2014).</li>
<li>Fish, F. E., Legac, P., Williams, T. M., Wei, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+hydrodynamic+force+generation+by+swimming+dolphins+using+bubble+DPIV%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Measurement of hydrodynamic force generation by swimming dolphins using bubble DPIV.</a> Journal of Experimental Biology. 217 (2), 252-260 (2014).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

מנגנון הסנפיר רובוטית יאפשר לנו להבין את הידרודינמיקה של ארית הים קליפורני לשחות. זה כולל את השבץ לייצר דחף בסיסי (ה &#39;לטפוח&#39;), וכן וריאציות שאינם פיזיים כי מחקרים בבעלי חיים לא יכולים לחקור. מנופף רובוטית תוכנן עבור צדדיות ניסיון, ובכך, שלב 3-שבו הסנפיר עצמו עשוי-הוא קריטי בהשגת התוצאות הרצויות. בעוד מנגנון זה, בבירור, רק דגם של מערכת החיה, במחקרים באתרו של ארית הים קליפורני הם מאוד קשים ואת המגוון של נתונים אפשריים מוגבל למדי. <p class="jove_content" style=";...

בעוד מדענים חקרו את המאפיינים הבסיסיים של השחייה אריה הים (אנרגטיקה, עלות התחבורה, מקדם הגרר, מהירות לינארית והאצה 1-3, שחסר לנו מידע על דינמיקה של נוזלים של המערכת. ללא ידע זה, אנו מגבילים במהירות גבוהה פוטנציאל 4, יישומי הנדסה גבוה תמרון למודלי תנועת גוף, זנב סנפיר (BCF). בכך שהיא ממכנת פרדיגמה שחיה שונה, אנו מקווים להרחיב לקטלוג שלנו של כלי עיצוב, במיוחד אלה עם הפוטנציאל לאפשר שקטות, צורות stealthier של שחייה. לכן , אנחנו לומדים את מנגנון היסוד של השחייה אריות ים באמצעות תצפית ישירה של אריה ים קליפורני וחקירות במעבדה באמצעות אריה הים רובוטית foreflipper 5,6. לשם כך, אנו נעסיק טכניקה נפוצה לחקר מערכות ביולוגיות מורכבות: פלטפורמה רובוטית 7. תנועה מספר מחקרים-בוט<html> שעות של הליכת 8,9 ושחייה 10 -האם התבססו משני מורכבים 11 או פשוטים מאוד 12 מודלים המכאניים של חיות. בדרך כלל, פלטפורמות רובוטיות לשמר את המהות של מערכת המודל, ובמקביל לאפשר לחוקרים לחקור מקומות פרמטר גדולים 13-15. אמנם לא תמיד המאפיין את המערכת כולה, הרבה נלמד באמצעות פלטפורמות אלה המבודדים מרכיב אחד של מערכת קטר. לדוגמה, את התפקוד הבסיסי של propulsors לא יציב, כמו גב ו-ושוב גורף של סנפיר הזנב במהלך השחייה carangiform, נחקר באינטנסיביות במהלך חקירות ניסיוני של התנדנדות ו / או לוחות עולה ויורד 12,16,17,18. במקרה זה, אנחנו יכולים לבודד מצבים מסוימים של תנועה מורכבת זו בדרכי מחקרים המבוססים על בעלי חיים לא יכולים. היבטים בסיסיים אלה של נעים לאחר מכן ניתן להשתמש בעיצוב של כלי רכב אשר לא צריך את האבולוציה המורכבת הביולוגית מספקת. &quot;Jove_content&quot;&gt; במאמר זה, אנו מציגים פלטפורמה חדשנית לחקור את שלב &#39;לטפוח&#39; של ארי הים דחף לייצור שבץ. רק אחת foreflipper-ה &#39;roboflipper&#39;-כלולה במצע. הגיאומטריה שלה נגזרה בדיוק מסריקות ביולוגיות של ארית ים קליפורני (Zalophus californianus) דגימה. Roboflipper הוא ומונע לשכפל את ההצעה של החיות &#39;על סמך מחקרים קודמים 1. סנפיר רובוטית זה ישמש כדי לחקור את הביצועים הידרודינמית של האריה שחייה בים לחקור מרחב הפרמטרים רחב יותר מאשר במחקרים בבעלי חיים, במיוחד אלה של יונקים ימיים גדולים, יכול להניב.

<table><tbody><tr><td>Dragon Skin 20</td><td>Dragon</td> Skin 20 בינוני <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>חלק Object24</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Stratasys</td><td></td> מיקסר <td>סטנד למדפסת תלת מימד</td></tr><tr><td></td><td>המילטון</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PKS-PRO-E-10 מערכת</td><td>אנהיים אוטומציה</td><td>PKS-PRO-E-10-A-LP22</td><td>בקר ומנוע סרוו</td></tr><tr><td>Artec Eva</td><td>Artec 3D</td><td></td><td>סורק אור תלת מימד ברזולוציה של 0.1 מ"מ</td></tr><tr><td>Artec Spider</td><td>Artec סורק</td><td>אור תלת מימד תלת מימד ברזולוציה של 0.5 מ"מ</td>לוח פלדה Mcmaster Carbon Tow Fibreglast 2393-A דיוק מוקשה 440C פיר נירוסטה Mcmaster 6253K49 Tygon PVC צינורות שקופים Mcmaster 6546T23 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>קוולר חוט</td><td>מקמאסטר</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

פלטפורמה רובוטית לחקר foreflipper של אריה ים קליפורני

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

האריה הים קליפורניה (Zalophus californianus), הוא שחיין זריז וחזק. בניגוד לרבי שחיינים מוצלחים (דולפינים, טונה), שהם מייצרים ביותר של הדחף שלהם עם foreflippers הגדול שלהם. פרוטוקול זה מתאר פלטפורמה רובוטית נועד לחקור את הביצועים הידרודינמית של אריה ים קליפורני שחייה (Zalophus californianus). הרובוט הוא מודל של foreflipper החיה אשר מופעל על ידי מנועים לשכפל את ההצעה של השבץ הנע שלה ( &#39;לטפוח&#39;). קינמטיקה של השבץ הנע של אריות הימים המחולצים נתוני וידאו של אריות ים לא מסומנים, לא מחקרי בפרק הזואולוגי סמיתסוניאן (SNZ). נתונים אלה מהווים את הבסיס של תנועת actuation של הסנפיר רובוטית שהוצג כאן. הגיאומטריה של הסנפיר רובוטית מבוססת סריקת ליזר על ברזולוציה גבוהה של foreflipper של ארית ים נקבה בוגרת, לשנותם כדי כ -60% של הסנפיר בקנה מידה מלאה. יש מודל ניסח שלושה joints, מחק את המרפק, שורש כף יד מפרק המשותף של foreflipper אריות ים. הפלטפורמה הרובוטית תואמת נכסי ריינולדס דינמיקה מספר טיפ מהיר של החיה כאשר מאיצים משאר. מנופף רובוטית יכול לשמש כדי לקבוע את הביצועים (כוחות מומנטים) ו flowfields שהתקבל.

התהליך המתואר מניב מודל רובוטי של foreflipper אריה ים קליפורני. המודל יכול לשמש בשתי דרכים שונות. האחת היא על ידי מפעיל הסנפיר רק בשורש (איור 6 א). במקרה זה, מנוע הנהיגה מגדיר את קצב הסיבוב של המפרק הראשון, אבל ההצעה וכתוצאה מכך של הסנפיר נקבעת על ידי האינטראקציה הנוזלת-המבנה בין הסנפיר הגמיש המים שמסביב. בנוסף, אנחנו יכולים ליצור סנפירים רובוטית כי הם מופעלים על שני מפרקים נמוכים בנוסף השורש (6 ב ...

פלטפורמה רובוטית מתואר כי ישמש כדי לחקור את כוחות ביצועים הידרודינמית flowfields-של אריה ים קליפורני לשחות. הרובוט הוא מודל של foreflipper החיה אשר מופעל על ידי מנועים לשכפל את ההצעה של השבץ הנע שלה ( &#39;לטפוח&#39;).

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא ליצור פלטפורמה רובוטית לחקר שחיית אריות הים. העניין הזה יכול לעזור לענות על שאלות מפתח בדינמיקה של נוזלים ביולוגיים, כמו למשל כיצד אריות ים מזיזים את המים סביבם כשהם שוחים. היתרון העיקרי של הטכניקה הזו הוא שאנו יכולים לחקור את תנועת אריות הים בפירוט בזמן שאנחנו עדיין נמצאים בסביבת מעבדה מבוקרת.למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי שחיית אריות הים, ניתן ליישם אותה גם על מערכות חיות אחרות, כגון דולפינים, טונה, לווייתנים ודגים אחרים או יונקים ימיים. כדי להתחיל, בצע דיגיטציה של דגימה של סנפיר קדמי של אריה ים, או השג אותה ממקור חלופי. הדפיסו את ענן הנקודות המתקבל ב-68 אחוז מהגודל המלא, והשתמשו בו ליצירת תבנית תלת מימדית.עצב שלושה חלקים שונים כדי לחקות את מבנה העצם של הסנפיר הקדמי של אריה הים, החל מהבסיס. בתוכנת ה-CAD, לחץ על Sketch, ועצב את חתיכת הבסיס כך שתהיה פרופורציונלית למרחק בין מפרק הכתף לפרק כף היד של סנפיר אריה הים הדגימה. הוסף מפרקי אצבעות לבסיס על ידי לחיצה על סקיצה וציור שני עיגולים בשני קצוות החלק, ולאחר מכן לחץ על Boss-Extrude כדי להוציא את אורך הרצון מהמישור של חתיכת הבסיס.לחץ על הסקיצה של העיגול הקטן יותר במפרקי האצבעות ולחץ על גזירה-הבלטה כדי לפנות מקום לפיר. כדי לחזק את המפרק הזה, לחץ על פילה כדי להחליק את המפרקים החדים. לאחר מכן, עצב את החלק

a-robotic-platform-to-study-the-foreflipper-of-the-california-sea-lion

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

לא פולשני מדידות של דפוסי פעילות עצבית להתנהג בחופשיות בעלי חיים מתקבלים על ידי שילוב של הקלטות neurophysiological עם videography במהירות גבוהה.

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

וידאו השמעה היא טכניקה בשימוש נרחב התנהגות בעלי חיים. יצרנו תוכנית והערכה כי חל מבוססת כללים, השמעה אינטראקטיבית של 3-D אנימציות מחשב בתגובה בזמן אמת, נתונים אוטומטיים על התנהגות הנושא.

ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים

אנו מתארים טכניקת extracellularly להקליט ולעורר מעצבים, שרירים, ונוירונים בודדים...

<em&gt; במבחנה</em&gt; הכנה להפקה והקלטה של ​​תוכניות רכב האכלה עם תנועות פיסיולוגיות<em&gt; Aplysia californica</em

שיטה זו יוצרת סביבה מוחשית, מוכרת לעכבר כדי לנווט ולחקור במהלך הקלטות מיקרוסקופיות הדמיה או תא בודד אלקטרו, אשר דורשות קיבוע איתן של ראשו של בעל החיים.

פלטפורמה הרימה-Air-מרוצף שטוחה: שיטה חדשה לשילוב עם התנהגות מיקרוסקופית או אלקטרופיזיולוגיה על Awake לנוע בחופשיות מכרסמים

פרדיגמה מוצג לאימונים וניתוח של משימת לכת מיומנת אוטומטית בחולדות. ניתוח של ניסיונות משייכים מגלה subprocesses הברור של למידה מוטורית.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

במחקר זה שני חלקים, actuator ביולוגי פותחה באמצעות polylyimethylsiloxane גמישים (PDMS) cantilevers ותאי שריר חיים (cardiomyocytes), ומאופיינת. המפעיל הביולוגי שולב עם בסיס עשוי מחומרים PDMS שונה לבנות עצמית מייצב, שחייה biorobot.

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

כתב יד זה מתאר פעילות אוטומטית למחצה מכמתת גבון בחולדות. חולדות להגיע לאחוז, supinate של manipulandum כדורית. העכברוש מתוגמלת עם גלולה אם זווית סיבוב חורג קריטריון מוגדר על-ידי המשתמש. משימה זו מגדיל את התפוקה, רגישות פציעה, אובייקטיביות לעומת פעילויות מסורתיות.

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

כאן אנו מציגים פרוטוקול לעקוב בנפרד חיות על פני תקופה ארוכה של זמן. היא משתמשת ממוחשבת שיטות לזיהוי קבוצת תגים נבנה באופן ידני באמצעות קבוצה של לובסטרים כמו חקר מקרה, בד בבד עם מתן מידע כיצד הבית, להשפיע, וזכור הלובסטרים.

מעקב וידאו לטווח ארוך של בעלי חיים ימיים Cohoused: חקר מקרה של הפעילות גינקולוגיות יומי של הלובסטר של נורבגיה (Nephrops norvegicus)

מכרסם מיומנים להגיע משמש בדרך כלל כדי ללמוד כישורי מיומנות, אבל דורש זמן ומאמץ משמעותיים כדי ליישם את המשימה ולנתח את ההתנהגות. אנו מתארים גרסה אוטומטית של מיומנים להגיע עם מעקב תנועה ושחזור תלת מימדי של מסלולי הגעה.

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

פיתחנו פלטפורמה אחת למעקב אחר התנהגות בעלי חיים במהלך שתי משימות למידה אסוציאטיביות תלויות סיבים מטפסים. התכנון הזול מאפשר אינטגרציה עם ניסויים אופטוגנטיים או ניסויי הדמיה המכוונים לטיפוס על פעילות המוח הקטן הקשורה לסיבים תזונתיים.

פלטפורמה גמישה לניטור למידה אסוציאטיבית חושית תלוית מוח הקטן

הפרוטוקול הנוכחי כולל מדידה ואפיון של דפורמציה של צורה תלת-ממדית בסנפירי מתנפנף מתחת למים הבנויים מחומרים פולידימתילסילוקסן (PDMS). שחזור מדויק של עיוותים אלה חיוני להבנת הביצועים ההנעה של סנפירי מתנפנפים תואמים.

מידול דפורמציה של סנפיר רך מתנפנף באמצעות הדמיה פלואורסצנטית הנגרמת על ידי לייזר מישורי

חקור פלטפורמה רובוטית לחקר הידרודינמיקה של שחייה באריות ים קליפורניים. השיטה מאפשרת ניתוח מפורט של כוחות ושדות זרימה בסביבת מעבדה מבוקרת.

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

גלה סרטונים נוספים