Name: מדידה של כוח דינמי פעל על רגל מים צעדן קופץ מעלה על ידי חיישן סרט PVDF (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 17 s
Description: חקור מדידת כוח דבקה דינמי בצעדני מים באמצעות חיישני סרט PVDF. שיטה זו מאפשרת ניתוח מדויק של יכולות התמרון על פני המים ומספקת תובנות לביולוגיה, רובוטיקה ודינמיקת זורמים.

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

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.

1. תצפית של מבנה השטח ברגל מים סטרייד
<ol><li>לאסוף מים striders בריכות מים מתוקים מקומיים באמצעות דיג הנחיתה נטו.</li>
	<li>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.</li>
	<li>נגב את הרגליים בחוץ באוויר באופן טבעי.</li>
	<li>להתבונן על מיקרו משטח הרגליים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה עם מיקרו ברמת רזולוציה, כפי שמוצג באיור 1.</li>
	<li>לבחון את microsetae של הרגליים באמצעות מיקרוסקופ חשמלי סריקה עם ננו ברמת רזולוציה, כפי שמוצגבאיור 1b.</li>
</ol>2. מכינים את הרכיב של מערכת המדידה כוח דינמי
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>לרכוש מספר שלבים העתק מדויק גבוהה במנוע סרוו. הערה: הרגליים יוצאות מן המים במהירות שונה מונע על ידי במנוע סרוו.</li>
	<li>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.</li>
	<li>להכנת מחשב בעל ביצועים גבוהים.</li>
</ol>3. הרכבה של כל חלקי מערכת מדידה כוח דינמי
<ol><li>להרכיב מערכת מדידה כוח דינמי בהתאם לאיור סכמטית שמוצג באיור 2 לבין הכלי ניסוי אמיתי שמוצג באיור 2b.</li>
	<li>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.</li>
	<li>להתחבר החיישן הסרט PVDF המגבר תשלום, המגבר תשלום המכשיר רכישת נתונים, המכשיר רכישת נתונים למחשב.</li>
	<li>לתקן את המצלמה לבמה העתק מדויק גבוהה, אשר ממוקם בצד השמאלי של חיישן סרט PVDF.</li>
	<li>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.</li>
	<li>להרים את הרגל מן פני המים במהירות מדויק, לתקן את במנוע סרוו מתחת לזירה הזחה גבוהה מדויק.</li>
</ol>4. כיול של מערכת המדידה כוח דינמי
<ol><li>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.</li>
	<li>שחרור הכוח בתוך זמן קצר כדי ליצור שלב קלט.</li>
	<li>לקרוא את האות בזמן מתח של צעד 4.2 בתוך המחשב באמצעות התוכנה LabVIEW, דבר שעוזר לקרוא אותות מתח הפלט של החיישן הסרט PVDF.<ol>
<li>הורידו את התוכנה LabVIEW ההתקן של החומרה NI-DAQmx ב הרשמי באתר של לאומי הכלים.</li>
		<li>פתח את הדמו של מדידת מתח אנלוגיים רציפים באמצעות LabVIEW את, כפי שמוצג באיור 3.</li>
		<li>בחרו בערוץ פיזית של המכשיר רכישת נתונים מקושר עם המגבר תשלום במודול של הגדרות הערוץ.</li>
		<li>הגדר את קצב דגימה 100000 ומספר דגימות 100000 במודול של הגדרות התזמון.</li>
		<li>בחר את יומן ולקרוא מצב רישום, לכתוב את נתיב הקובץ כדי לאחסן את נתוני מתח במודול של הגדרות רישום.</li>
		<li>בחר את ההדק לא המודול של הגדרות הגורם המפעיל.</li>
		<li>לחץ על לחצן החץ-צורה בסרגל הכלים כדי לדגום את האות מתח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לנתח את העקומה מתח, שבו מתח שיא המתאים לכפות פעל על החיישן.</li>
	<li>חזור על השלבים 4.1-4.4-קלט כוח שונים, שבו זכתה סדרה של נקודות מתח-force.</li>
	<li>לקבוע את היחס על מתח שיא ועל כוח סטנדרטי בתוצאה כיול.</li>
</ol>5. מדידת אדהזיה כוח במהירות מסוימת
<ol><li>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.</li>
	<li>לתקוע רגל אחת במנוע סרוו מתחת לזירה הזחה גבוהה מדויק.</li>
	<li>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.</li>
	<li>הרם את הרגל מהמשטח מים במהירות קבועה דרך במנוע סרוו.</li>
	<li>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.</li>
	<li>להקליט את הידבקות שיא של תהליך עוזבים במהירות מסוימת.</li>
</ol>6. מדידת אדהזיה כוח במהירויות שונות.
<ol><li>לשנות את מהירות הרמה של הרגליים על ידי במנוע סרוו ולמדוד את הכוח אדהזיה לפי שלב 5.</li>
	<li>להתוות את כוח הדבקה לעומת הרמה עקומת מהירות באמצעות הנתונים צבר בשלב 6.1.</li>
	<li>ניתוח היחסים בין הכוח אדהזיה ומהירות הרמה דרך העקומה.</li>
</ol>

<ol><li>Gao, X., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biophysics%3A+Water-repellent+legs+of+water+striders%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Biophysics: Water-repellent legs of water striders.</a> Nature. 432 (7013), 36(2004).</li>
<li>Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hydrodynamics+of+water+strider+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The hydrodynamics of water strider locomotion.</a> Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).</li>
<li>Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3633686">Drag reduction of a miniature boat with superhydrophobic grille bottom.</a> AIP Advances. 1 (3), 032148(2011).</li>
<li>Su, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano+to+micro+structural+hierarchy+is+crucial+for+stable+superhydrophobic+and+water-repellent+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Nano to micro structural hierarchy is crucial for stable superhydrophobic and water-repellent surfaces.</a> Langmuir. 26 (7), 4984-4989 (2010).</li>
<li>Feng, X. Q., Gao, X., Wu, Z., Jiang, L., Zheng, Q. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superior+water+repellency+of+water+strider+legs+with+hierarchical+structures%3A+experiments+and+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Superior water repellency of water strider legs with hierarchical structures: experiments and analysis.</a> Langmuir. 23 (9), 4892-4896 (2007).</li>
<li>Suter, R. B., Stratton, G., Miller, P. R. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/3706147?seq=1#page_scan_tab_contents">Water surface locomotion by spiders: distinct gaits in diverse families.</a> Journal of Arachnology. 31 (3), 428-432 (2003).</li>
<li>Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4964788?journalCode=apl">Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs.</a> Applied Physics Letters. 109 (16), 163701(2016).</li>
<li>Liu, J. L., Feng, X. Q., Wang, G. F. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18233894">Buoyant force and sinking condition of a hydrophobic thin rod floating on water.</a> Physical Review E. 76 (6), 066103(2007).</li>
<li>Ng, T. W., Panduputra, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+force+and+imaging+characterization+of+superhydrophobic+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir+the+Acs+Journal+of+Surfaces+%26+Colloids%22%5BJournal%5D)">Dynamical force and imaging characterization of superhydrophobic surfaces.</a> Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids. 28 (1), 453-458 (2012).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elegant+Shadow+Making+Tiny+Force+Visible+for+Water-Walking+Arthropods+and+Updated+Archimedes%27+Principle%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Elegant Shadow Making Tiny Force Visible for Water-Walking Arthropods and Updated Archimedes' Principle.</a> Langmuir. 32 (41), 10522-10528 (2016).</li>
<li>Zhao, J., Zhang, X., Chen, N., Pan, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Why+superhydrophobicity+is+crucial+for+a+water-jumping+microrobot%3F+Experimental+and+theoretical+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Why superhydrophobicity is crucial for a water-jumping microrobot? Experimental and theoretical investigations.</a> Acs Appl Mater Interfaces. 4 (7), 3706-3711 (2012).</li>
<li>Shi, F., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200700752">Towards Understanding Why a Superhydrophobic Coating Is Needed by Water Striders.</a> Advanced Materials. 19 (17), 2257-2261 (2010).</li>
<li>Yang, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+striders+adjust+leg+movement+speed+to+optimize+takeoff+velocity+for+their+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+communications%22%5BJournal%5D)">Water striders adjust leg movement speed to optimize takeoff velocity for their morphology.</a> Nature communications. 7, 13698(2016).</li>
<li>Liu, J. L., Sun, J., Mei, Y. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4883493?journalCode=apl">Biomimetic mechanics behaviors of the strider leg vertically pressing water.</a> Applied Physics Letters. 104 (23), 231607(2014).</li>
<li>Kong, X. Q., Liu, J. L., Wu, C. W. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10409-015-0458-x">Why a mosquito leg possesses superior load-bearing capacity on water: Experimentals.</a> Acta Mechanica Sinica. 32 (2), 335-341 (2016).</li>
<li>Liu, J. L., Mei, Y., Xia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+wetting+mechanism+based+upon+triple+contact+line+pinning%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">A new wetting mechanism based upon triple contact line pinning.</a> Langmuir. 27 (1), 196-200 (2011).</li>
<li>Lee, D. G., Kim, H. Y. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/the-role-of-superhydrophobicity-in-the-adhesion-of-a-floating-cylinder/6F5F5A3A7688E6AEE13945FA59A240FD">The role of superhydrophobicity in the adhesion of a floating cylinder.</a> Journal of Fluid Mechanics. 624, 23-32 (2009).</li>
<li>Wei, P. J., Chen, S. C., Lin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesion+forces+and+contact+angles+of+water+strider+legs%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Adhesion forces and contact angles of water strider legs.</a> Langmuir. 25 (3), 1526-1528 (2008).</li>
<li>Su, Y., Ji, B., Huang, Y., Hwang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nature%27s+design+of+hierarchical+superhydrophobic+surfaces+of+a+water+strider+for+low+adhesion+and+low-energy+dissipation%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Nature's design of hierarchical superhydrophobic surfaces of a water strider for low adhesion and low-energy dissipation.</a> Langmuir. 26 (24), 18926-18937 (2010).</li>
<li>Shen, Y., Xi, N., Lai, K. W. C., Li, W. F. <a target="_blank" href="https://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/02602280410545407">A novel PVDF microforce/force rate sensor for practical applications in micromanipulation.</a> Sensor Review. 24 (3), 274-283 (2004).</li>
<li>Wang, Y. R., Zheng, J. M., Ren, G. Y., Xu, C. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0964-1726/20/4/045009/meta">A flexible piezoelectric force sensor based on PVDF fabrics.</a> Smart Materials and Structures. 20 (4), 045009(2011).</li>
<li>Liu, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjasnaoe1968/2002/192/2002_192_591/_article/-char/ja">Application of PVDF film to stress measurement of structural member.</a> Journal of the Society of Naval Architects of Japan. 2002 (192), 591-599 (2002).</li>
<li>Fujii, Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/14/10/301/meta">Proposal for a step response evaluation method for force transducers.</a> Measurement Science and Technology. 14 (10), 1741-1746 (2003).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+environmental+noise+suppression+for+micronewton+force+sensing+based+on+electrostatic+by+injecting+air+damping%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Improving environmental noise suppression for micronewton force sensing based on electrostatic by injecting air damping.</a> Review of Scientific Instruments. 85 (5), 055002(2014).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/26/5/055001">The multi-position calibration of the stiffness for atomic-force microscope cantilevers based on vibration.</a> Measurement Science and Technology. 26 (5), 055001(2015).</li>
<li>Sun, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/js/2017/1857920/">The Differential Method for Force Measurement Based on Electrostatic Force.</a> Journal of Sensors. 2017, 1857920(2017).</li>
<li>Song, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10739149.2016.1141784">Highly Sensitive, Precise, and Traceable Measurement of Force.</a> Instrumentation Science & Technology. 44 (4), 386-400 (2016).</li>
<li>Kurata, M., Li, X., Fujita, K., Yamaguchi, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0964-1726/22/11/115002">Piezoelectric dynamic strain monitoring for detecting local seismic damage in steel buildings.</a> Smart Materials and Structures. 22 (11), 115002(2013).</li>
<li>Qasaimeh, M. A., Sokhanvar, S., Dargahi, J., Kahrizi, M. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/4711092/">PVDF-based microfabricated tactile sensor for minimally invasive surgery.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 18 (1), 195-207 (2009).</li>
</ol>

המחבר אין לחשוף.

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 השיט...

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.

<table><tbody><tr><td>חיישן סרט PVDF</td><td>TE Connectivity</td><td>DT1-028K/L</td><td>חיישן הסרט PVDF משמש לחישת כוח המגע הדינמי.</td></tr><tr><td>מגבר טעינה</td><td>וושי שיאו טכנולוגיה ושות', בע"מ</td><td>YE5852B</td><td>מגבר הטעינה&nbsp; הוא אינטגרטור זרם אלקטרוני המייצר פלט מתח פרופורציונלי לערך המשולב של התקן רכישת הנתונים</td></tr><tr><td></td><td>של הקלט National Instruments</td><td>USB-4431</td><td>מכשיר רכישת הנתונים משמש לקריאת נתוני המתח.</td></tr><tr><td>שלב תזוזה</td><td>ZOLIXINSTRUMENTS CO. LTD</td><td>KSAV1010-ZF</td><td>KSAV1010/2030-ZF הוא שלב אנכי טריז עם רזולוציה גבוהה, יציבות גבוהה ועומס גבוה.</td></tr><tr><td>מצלמת CCD</td><td>שנזן Andonstar Tech Co., Ltd</td><td>מיקרוסקופ דיגיטלי A1</td><td>קצב פריימים: 30 פריימים לשנייה; מרחק מוקד: מחשב 5 מ"מ - 30 מ"מ</td></tr><tr><td></td><td>Lenovo</td><td>G480</td><td></td></tr><tr><td>Servomotor</td><td>EMAX US Inc.</td><td>ES08MD</td><td>זה לא רע הסרוו הזה עם מהירות שנעה בין 0.10 שניות/60&deg; / 4.8v ל-0.08 שניות/60&deg;/6.0v.</td></tr><tr><td>פיפטות מכניות</td><td>דרקון מכשירי מעבדה בע"מ YE5K693181</td><td></td><td>הפיפטות מכסות טווח נפח של 0.1 &mu; l עד 2.5 &mu; l</td></tr></tbody></table>

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

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

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.

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...

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.

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

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...

מסר זה יכול לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הביולוגיה, הרובוטיקה ודינמיקת הזורמים בהבנת המישוש של מניפולציה של תא בודד, עמידה ועבודה הנקראת תהליך שיעורים"הגברים ב-Rare Tech מציעים את הטכניקה הזו, היא שניתן להתחתן עם הכוח המקרו-דינמי עם רגישות גבוהה, מה שיכול לזרז את כל תהליך האינטראקציה. המדד העתיק ביותר יכול לספק תובנה לגבי כוח ההדבקה בין דורכי מים לפני המים. זה יכול להיות גם אספקה למערכות אחרות כגון הזרקת DNA וריפוי גנטי.אינטגרציה או הרכבת מערכת ושימוש בתוכנה הם קריטיים, מכיוון שקשה להציג ולעבד את אות המתח, או את חיישן סרט ה-PVDF במחשב. הרכיבו את מערכת מדידת הכוח הדינמית על פי איור סכמטי זה המוצג בפרוטוקול הטקסט. תקן צד אחד של חיישן הסרט PVDF עם האלקטרודות לשלב התזוזה המדויק הגבוה, המונח על המסגרת האופקית, ומשאיר את הצד השני תלוי.שיטת התקנה זו של חיישן סרט PVDF מסייעת בשיפור הרזולוציה של הסביבה עבור כוח המאקרו הדינמי. חבר את חיישן סרט ה-PVDF לטעינה amplifier, את הטעינה ampliifier למכשיר רכישת הנתונים ואת התקן רכישת הנתונים למחשב. קבע את המצלמה למסגרת.כוונן את מיקום המצלמה ואת המיקוד כדי לצלם מים ורגליים בצורה ברורה. על מנת להתאים בערך את המרחק בין רגלי צעדי המים למים, יש לתקן שלב תזוזה מדויק למסגרת שמעל חיישן הסרט PVDF, שהפרדתו מחיישן הסרט PVDF היא כ -10 סנטימטרים. כדי להרים את רגל דריכת המים הרחק מפני המים במהירות מדויקת, קבע את מנוע הסרוו מתחת לתזוזה המדויקת הגבוההtage.לפני תחילת הכיול של מערכת מדידת הכוח הדינמית, הורד את המעבדה view תוכנה ואת מנהל ההתקן של החומרה באתר הרשמי של National Instruments. השתמש במערכת הכוח האלקטרוסטטית כדי ליצור כוח מיקרו-קבוע המופעל על הקצה החופשי של חיישן הסרט PVDF, שגודלו צריך להיות פחות מ-0.5 מיקרו-ניוטון. שלוט בכוח האלקטרוסטטי של המערכת על ידי מתח המופעל על האלקטרודות הפנימיות והחיצוניות של הקבל הגלילי המקביל.הכוח צריך לפעול בכיוון הספציפי לפני השטח של סרט ה-PVDF, ויישום הנקודה O אמור להיות קרוב ככל האפשר לקצה חיישן הסרט PVDF כדי להגביר את הרגישות. שחרר את הכוח תוך זמן קצר כדי ליצור קלט צעד. קרא את אות זמן המתח במחשב באמצעות תוכנת LabView, המסייעת לקרוא את אותות מתח המוצא של חיישן הסרט PVDF.פתח את ההדגמה של מדידת המתח האנלוגי הרציף. בחר את הערוץ הפיזי של התקן רכישת הנתונים המחובר לטעינה ampחיים יותר במודול הגדרות הערוץ. הגדר את קצב הדגימה ל-100, 000, ואת מספר הדגימות ל-100, 000 במודול הגדרות הזמן.בחר את יומן וקרא כמצב רישום, וכתוב את נתיב הקובץ כדי לאחסן את כרךtagנתוני המתח במודול של הגדרות רישום. כמו כן, בחר ללא טריגר במודול של הגדרות טריגר. לחץ על הכפתור בצורת חץ בסרגל הכלים כדי לדגום את אות המתח.נתח את עקומת המתח שבה מתח השיא מתאים לכוח המופעל על החיישן. חזור על שלבים אלה בכניסת כוח שונה, שבה מתקבלת סדרה של נקודות כוח מתח. קבע את הקשר לגבי תפוקת השיא, המתח והכוח הסטנדרטי בתוצאת הכיול.כדי לבצע את המדידה, הנח תחילה טיפת מים על הקצה החופשי של חיישן הסרט PVDF באמצעות מיקרו-פיפטה מכנית. מיקום הטיפה צריך להיות קרוב לקצה חיישן הסרט PVDF. כעת, הנח רגל אחת למנוע הסרוו מתחת לשלב התזוזה המדויק ביותר.הזז את שלב התזוזה המדויק כלפי מטה עד שהרגל תיגע עם פני המים. עקוב אחר המרחק בין הרגל לפני המים על ידי מערכת המצלמות המותקנת בצד שמאל של החיישן. לאחר מכן, הרם את הרגל הרחק מפני המים במהירות קבועה דרך מנוע הסרוו.חשב את הכוח המתאים לכל נקודה בעקומת המתח של תהליך היציאה כמתואר בפרוטוקול הטקסט. כדי למדוד את כוח ההדבקה במהירויות שונות, שנה את מהירות ההרמה של הרגליים על ידי מנוע הסרוו, ומדוד את כוח ההדבקה כמו קודם. לאחר מכן שרטט את כוח ההדבקה לעומת עקומת מהירות ההרמה באמצעות הנתונים שהתקבלו מהרמת הרגל.מוצג כאן כוח ההדבקה בזמן אמת הנמדד על ידי חיישן סרט PVDF בניסוי היציאה של הרגליים במהירות מסוימת. תוצאות הניסוי היוצא מראות כי כוח ההדבקה יורד באופן דרמטי מ-0.10 מיקרו-ניוטון ל-0.03 מיקרו-ניוטון, עם עלייה במהירות ההרמה מ-0.0 מטר לשנייה ל-0.3 מטר לשנייה. כאשר מנסים הליך זה, חשוב לזכור לשנות את הגלישה של צעדי מים כדי למנוע את הרטבתם במים, מה שעוזר לשפר את הדיוק של ניסוי זה.בדרך כלל, אנשים חדשים באמצעי זה יתקשו מכיוון שחיישן סרט PVDF עשוי להיות מושפע מההפרעות האלקטרומגנטיות והרטט בסביבה. זה חיוני שכוח ההדבקה יימדד במהירות שונה על ידי הרמת הרגל מעל פני המים. מכיוון שהמחקר מתמקד במאפיינים המדהימים של תמרון מהיר יותר על המים.לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הביולוגיה לחקור את כוח ההדבקה של צועד המים היוצא מפני המים במערכת מדידת הכוח הדינמית.

measurement-dynamic-force-acted-on-water-strider-leg-jumping-upward

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים שיטה להקליט פעילות מוטורית, בעיתוי לאותת רשמה חשמלית הקשר tarsal ב חרק קשור, הליכה על משטח חלקלק. זה משמש כדי לחקור את הבסיס העצבי של התנהגות אדפטיבית תחת השפעה מופחתת של אינטראקציה מכני בין הרגליים דרך המצע.

ללמוד את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת של תנועה בתוך חרקים

פרוטוקול מוצג לגבי האפיון של התנהגות הולכי הרגל-שדה הסימולציה של התגובה המבנית שהתקבלה. שדה-בדיקות מראות כי באתרו המזוהה צעדת שיעור ושיעור סנכרון בין המשתתפים מהווים תשומה חיונית עבור הסימולציה והאימות של עומסי הנגרמת אדם.

סימולציה של Vibrations אדם הנגרם על סמך התנהגות הולכי רגל השדה המאופיין

במחקר זה, actuator ביולוגי עצמית התייצבות, biorobot שחייה עם זרועות פונקציונליות אלסטומרי פונקציונלי מזרקים עם cardiomyocytes, מתורבת, ומאופיינת המאפיינים הביוכימיים והביומכניים שלהם לאורך זמן.

שריר הלב מבוססי תא מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 2

אנו מציגים פרוטוקול לביצוע בדיקות כיפוף 3 נקודות על מילימטר סולם סיבים באמצעות בדיקה מכנית לפי הזמנה. המכשיר יכול למדוד כוחות שנעו בין µN 20 עד 10 N, ולכן יכול להכיל מגוון של גדלי סיבים.

מילימטר סולם Flexural בדיקות מערכת למדידת התכונות המכאניות של הספוג הימי Spicules

הפרוטוקול נועד לחקור את האינטראקציה בין טיפות ומצעים סופר הידרופובי באוויר. זה כולל כיול מערכת המדידה ומדידת כוח האינטראקציה על מצעים סופר הידרופובי עם שברים ברשת שונים.

מדידת הכוח האינטרקציה בין Droplet למצע סופר-הידרופובי בשיטת המנוף האופטי

מחקר זה מציג פרוטוקול כדי לחקור את המאפיינים כוח התגובה הקרקעית בין צעד צולב וצעד chasse במהלך שבץ בטניס שולחן.

השוואה בין מאפיינים קינטיים של עבודת רגליים במהלך שבץ בטניס שולחן: צעד צולב וצעד צ'אסה

פרוטוקול זה מפרט גישה סטנדרטית לכימות התפלגות לחץ כף הרגל, איזון כף הרגל וזווית ציר הרגל במהלך משימות שינוי כיוון של 45° באמצעות פלטת לחץ Footscan המאפשרת הערכה שחזורית של דפוסי עומס דו-צדדיים בגפיים במהירות גישה מבוקרת.

השפעת תנועת שינוי כיוון (COD) על לחץ כף הרגל ואיזון כף הרגל בגפיים דו-צדדיות

פרוטוקול זה מציג את התצורה של מכשיר בדיקת דחיסה המסוגל למדוד במדויק את התכונות המכאניות של מיקרו-מבנים באזור המתח הקטן, יחד עם שיטה שיטתית לבדיקות דחיסה באמצעות מכשיר זה. המכשיר המוצע יכול לשמש לניתוח מיקרו-מבנים שונים והתנהגות מכנית של חומרים מבוססי פולימר.

מדידת תגובת מאמץ-עיוות דחיסה בעיוותים קטנים

גשרי נוזל electrohydrodynamic אופקי ואנכיים הם כלים פשוטים ורבים עוצמה לחקר האינטראקציה של שדות חשמליים בעוצמה גבוהה ונוזלי דיאלקטרי קוטביים. בניית מנגנון בסיסי ודוגמאות מבצעיות, כוללים תמונות תרמוגרפיות, לשלושה נוזלים (לדוגמא, מים, DMSO, וגליצרול) מוצגים.

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

מוצג פרוטוקול לחיבור מגוון גדול של מולקולות בודדות באופן קוולנטי לקצה AFM. ניתנים נהלים ודוגמאות לקביעת כוח ההדבקה והאנרגיה החופשית של מולקולות אלה על תומכים מוצקים וממשקים ביולוגיים.

חוקר מולקולה בודדת הדבקה על ידי הכוח האטומי ספקטרוסקופיה

חקור מדידת כוח דבקה דינמי בצעדני מים באמצעות חיישני סרט PVDF. שיטה זו מאפשרת ניתוח מדויק של יכולות התמרון על פני המים ומספקת תובנות לביולוגיה, רובוטיקה ודינמיקת זורמים.

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

גלה סרטונים נוספים