نمذجة تشوه الزعانف الناعمة باستخدام التصوير الفلوري المستوي الناجم عن الليزر

تعد القدرة على قياس تشوهات الزعانف الروبوتية الناعمة غير المتطفلة أمرا مهما لأنه يمكننا إبلاغ تصميم الزعانف والتحكم فيها بشكل أفضل للمركبات تحت الماء والتحقق من صحة النماذج الحسابية. يمكننا إعادة توظيف أداة موجودة داخل ديناميكيات الموائع ، تسمى التألق المستوي الناجم عن الليزر وتوسيعها للمواد الصلبة ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك للقياسات المتزامنة للمواد الصلبة والسوائل. هذه الطريقة قابلة للتعميم على الأنظمة والمواد الروبوتية الناعمة.

يمكننا استخدام هذه التقنية ، ليس فقط للتحقق من صحة تفاعلات بنية السوائل ، ولكن أيضا لدراسة المواد المرنة لأجهزة الاستشعار والتطبيقات الطبية. ابدأ بتصميم وبناء قالب مخصص مطبوع 3D لامع نهائي من شكل زعانفة. قم بإعداد تجريبي عن طريق تركيب نظام ليزر نبضي على خزان مياه زجاجي مستطيل الشكل لتوليد ورقة ضوء مستوية تتقاطع مع الخزان في مستواه الأوسط عند 30 هرتز.

قم بتركيب جهاز مقترن بشحنة بدقة أربعة ميجابكسل ، أو كاميرا CCD ، مع عدسة 35 ملم ومرشح فلوري طويل التمرير يبلغ 516 نانومتر. بعد التثبيت ، قم بإجراء معايرة لتحويل الميكرومتر إلى بكسل عن طريق التقاط صورة واحدة من كاميرا CCD مع مسطرة موضوعة في مستوى ورقة الليزر. ثم حدد موضعين على الكاميرا وقسم المسافة بالميكرومتر عن طريق فصل وحدات البكسل.

تأكد من أن نسبة الميكرومتر إلى البكسل صغيرة بما يكفي أو في نطاق الملليمتر الفرعي للتطبيق. قم بمزامنة نبضات الليزر وصور الكاميرا مع الزعنفة الرفرفة باستخدام مخرجات الزناد من برنامج الزعنفة والإشارات من مولد التأخير والبرامج المرتبطة به. تأكد من أن جميع سلامة الليزر تتوافق مع الإرشادات المؤسسية.

لضبط نظام الليزر، قم بتشغيل نظام الليزر باستخدام مفتاح التشغيل الذي يشغل المبرد لتبريد رؤوس الليزر. تومض أضواء الخطأ حتى يصبح النظام جاهزا لتشغيل الليزر. اضبط مصدر الزناد على المصباح الخارجي ، مفتاح Q الخارجي.

بالنسبة لكلا رأسي الليزر، اضبط طاقة الليزر على 60 إلى 80٪ من الطاقة الكاملة واضغط على كل زر مفتاح Q. ثم قم بتشغيل الليزر عن طريق الضغط على زر الطاقة. بعد ذلك ، قم بتوصيل كبلات الطاقة بالكاميرا وتأكد من الاتصالات المناسبة بالكمبيوتر قبل فتح برنامج إعداد الكاميرا وتحديد المنفذ المناسب.

بعد تشغيل مولد التأخير، قم بتوصيل قناة البوابة الخارجية بمشغل الزعانف، والقناة E بالكاميرا، والقنوات من A إلى D بالليزر. ثم افتح برنامج مولد التأخير لتحديد وضع النبض للانفجار ودقة النظام إلى أربعة نانو ثانية. اضبط الفترة بالثواني.

اضبط وضع الزناد/البوابة الخارجي على المشغل، والعتبة إلى 0.20 فولت وحافة الزناد عند الارتفاع. أيضا ، قم بتعيين القنوات كما هو موضح في البرنامج النصي. قم بمحاذاة الزعنفة ، بحيث تمر ورقة الليزر عبر قسم حكيم واحد من الزعنفة في وضع حكيم ممتد ، ثم قم بتأمين منصة الزعنفة باستخدام أجهزة التركيب.

قم بتوصيل الطاقة بأجهزة التحكم في الزعانف ومحركات الزعانف لبدء رفرفة الزعانف باستخدام الحركيات المحددة ، وأطفئ جميع الأضواء المحيطة. في برنامج مولد التأخير، اضغط على تشغيل لبدء التجارب المتزامنة والحصول على صور لتقاطع ورقة الليزر مع الزعنفة طوال دورة السكتة الدماغية. راقب الزعنفة ترفرف في الخزان مع تشغيل ورقة الليزر وإطفاء الأضواء المحيطة.

عند الانتهاء، اضغط على مفتاح الإيقاف قبل فصل الزعنفة عن مصدر الطاقة. حرك منصة الزعنفة ، بحيث تعبر ورقة الليزر في موضع حكيم جديد للامتداد. استبدل الزعنفة بأغشية زعنفة إضافية مرغوبة وقم بإجراء التجارب كما هو موضح من قبل للحصول على الصور للعدد المطلوب من القياسات.

قم بتحليل الصورة عن طريق استخراج جميع الكائنات البيضاء التي تمثل مقاطع عرضية للزعنفة من منطقة BW ، وصورة ثنائية filt dot M وعرض الصورة باستخدام M show dot M.ثم قم بإنشاء أثر لحدود الصورة الثنائية لكل صورة للحصول على شكل 2D ، عن طريق تحديد جميع وحدات بكسل الزعنفة التي تلمس بيكسلات الخلفية السوداء. قارن أشكال الزعانف الناتجة مع تفاعل بنية السائل 3D ، أو نماذج FSI ، التي تم إنشاؤها من خطوط الوسط ، لعرض كيف يمكن استخدام العملية للتحقق من صحة عالية الدقة. أسفرت حركية الزعنفة المبرمجة عن سعة سكتة دماغية تبلغ 43 درجة وسعة ميل تبلغ 17 درجة.

توضح الصورة المقارنات في موضعين في الحد. واحد في منتصف السكتة الدماغية العلوية وواحد في منتصف السكتة الدماغية السفلية. علاوة على ذلك ، تم إجراء المقارنات بين تشوهات شكل PDMS 10 إلى واحد ، و PDMS 20 إلى زعنفة واحدة.

تم إعادة بناء أشكال الزعانف 3D من التألق الناجم عن الليزر المستوي ، FSI ، والحالات الصلبة في منتصف السكتة الدماغية ، مما يدل على قدرة التقنية الحالية على توفير التحقق من صحة عالية الدقة لمحاكاة FSI. في التجربة ، لم يكن المقطع العرضي للزعنفة مرئيا في كل خطوة بسبب الصاري الصلب غير الشفاف. تظهر الصورة النتيجة حيث لم تكن الزعنفة مرئية.

أهم شيء يجب تذكره هو اختبار مزامنة المكونات قبل إجراء تجارب كاملة. بمجرد تعيين التوقيت، قم بإجراء تشغيل تجريبي أولا.