השראת מיקרו-סטרימינג על ידי תנודות בועות לא כדוריות במערכת ריחוף אקוסטית

ההבנה של פעולות מכניות המושרות על ידי בועות היא חיונית ביישומים הנדסיים וטיפוליים רבים. שליטה בתנודות הבועות ובזרימות המושרות בסביבה היא עדיין משימה מאתגרת. הטכניקות המוצעות מאפשרות לשלוט בתנודת הצורה של בועה בודדת הכלואה בלווחוף אקוסטי.

לאחר מכן מדמיינים את הזרמים המושרים ומתואמים עם דינמיקת הבועות. אסטל מזינאי, סטודנטית מהמעבדה ליישום טיפולי של אולטרסאונד תדגים את ההליך. התחל ביצירת בועות על ידי הצבת מיכל המים של המתנד כך שנקודת מיקוד של הלייזר ממוקמת בתוך מיכל המים מה שמוביל ליצירת ניצוץ לכל פולס לייזר של 5 עד 10 מיליג'ול.

הפעל את מתמר האולטרסאונד והגדל את המתח המופעל עד שהבועות כבר לא עולות אנכית, אלא סוטות לכיוון צומת הלחץ ונלכדות. הגדר את התאורה האחורית לדיודה פולטת האור הרציפה ובחר את המצלמה במהירות גבוהה כדי לאפשר תצפית על הבועה הלכודה. כדי ללכוד בועה וללכוד את התנודות הרדיאליות שלה, הגדר את גודל המסגרת ל- 128 על 128 פיקסלים ואת קצב הרכישה ל- 180 קילוהרץ.

רשום את התנודות הרדיאליות של הבועות מ- 3 עד 30 אלפיות השנייה תחת מתחי מתמר מופעלים הולכים וגדלים מ- 0 ל- 8 וולט. לאחר ההקלטה האחרונה, כבה את מתמר האולטרסאונד וצלם תמונה אחת של הרקע לניתוח שלאחר הניתוח. לעיבוד שלאחר סדרת הסרטונים, הפעל את VoltagePressure.

קובץ exe. ציין את הפרמטרים הפיזיים והניסיוניים ואת ערכי המתח המופעל עבור סדרת ההקלטות. בחלונית ניתוח רדיוס הבועות, לחצו על פרמטרי טעינה ובחרו בתיקייה הכוללת את כל קובצי סדרות הווידאו ותמונות הרקע.

עבור כל קובץ וידאו, האבולוציה של רדיוס הבועה תשורטט על פני תקופה אקוסטית אחת והתאמה מספרית תונח. לאחר שכל הסרטונים עובדו, לחץ על רגרסיה ליניארית כדי לבצע התאמה ליניארית של עקומת מתח הלחץ. הנתונים יישמרו בקובץ txt בספרייה הנוכחית.

כדי לגרום להתגבשות בועות, הפעל את מתמר האולטרסאונד והגדר את המתח המופעל גבוה מספיק כך שהלחץ האקוסטי המתאים עלול לגרום לאי יציבות פני השטח, גרעין בועה שתעבור לאחר מכן למקום הלכידה שלה. כאשר בועה לכודה מציגה תנודות כדוריות בלבד, נוצר ניצוץ לייזר חדש. כאשר הבועה החדשה מגיעה למקום ההשמנה, מתרחשת התלכדות אם הבועה המתמזגת מציגה תנודות כדוריות בלבד לאחר הניצוץ, צור בועה חדשה.

אך שימו לב שייתכן שיהיה צורך בהתלכדות מרובה כדי להגיע לרדיוס שבו מתרחשים עיוותים לא כדוריים. ברגע שהבועה המתלכדת מציגה תנודות לא כדוריות, רשום את תנודות הבועה במשך כ-3 עד 30 אלפיות השנייה והשתמש באיור כדי לזהות את מספר המצב של תנודות הצורה של הבועה. כדי לבצע מדידות זרימת נוזלים, הגדר את קצב המסגרות ל- 180 קילוהרץ, את גודל המסגרת ל- 128 על 128 פיקסלים ואת זמן החשיפה למיקרו-שנייה אחת כדי להקליט את הדינמיקה של ממשק הבועות.

כדי להקליט את תנועת עוקבי הצבע, הגדר את גודל המסגרת ל- 1024 על 768 פיקסלים, את קצב המסגרות ל- 600 הרץ ואת זמן החשיפה לאלפית שנייה אחת. כוונן את מיקום יריעת הלייזר כך שהחלקיקים המוארים יהיו גלויים למצלמה וגרעין ולכוד בועה כפי שהודגם בה. התאימו עוד יותר את מיקום יריעת הלייזר כך שצל ייראה מאחורי הבועה ויגרמו להתגבשות הבועות עד להופעת מצב צורה מתנודד יציב.

לאחר מכן לרכוש כמה הקלטות, לעבור בין דינמיקה בועה מיקרו הזרמה. לעיבוד וניתוח תמונה, ייבאו את קובץ cine הכולל את תנועת החלקיקים שנלכדו לתמונה J ולחצו על תמונה, התאמה, בהירות, ניגודיות ואוטומטי. תמונה ממוטבת אוטומטית תחליף את הרקע הכהה.

להצגת דוגמת המילוי שנוצרה, לחצו על הפרוייקט 'תמונה', 'אוספים' ו'Z', ובחרו באפשרות 'עוצמה מרבית' להקרנת התמונה. תוצג תמונת פלט עם פיקסלים הכוללים את הערך המרבי על כל התמונות בערימה. מוצג כאן רצף שלם של התלכדות בועות המוביל לסימטריה יציבה בזמן הנשלטת על תנודות לא כדוריות שניתן לצפות בהן.

השלב המתקרב של שתי בועות מתנדנדות כדוריות מסתיים כאשר הסרט הנוזלי הדק בין שתי הבועות נקרע. לאחר רגע ההתמזגות נשארת בועה בודדת המציגה תנודות לא כדוריות בעלות צורה מורכבת, המתאימה למשטר התנודות הארעי בעקבות עירור של כל מערכת דינמית. לאחר תריסר עד 100 תקופות אקוסטיות, צורות התנודה מתייצבות למצב תנודה יציב.

ברגע שבועה נלכדת ומציגה תנודות צורה יציבות, ניתן ללכוד את תנועת העוקבים הפלואורסצנטיים בסביבת הבועה. כאשר מתרחשות תנודות צורה, נוצרת תנועה נוזלית בקרבת ממשק הבועות. הקלטה חלופית של הדינמיקה של ממשק הבועות בסקאלת הזמן האקוסטית ושל תנועת החלקיקים בסקאלת זמן נמוכה יותר מאפשרת התאמה של תבנית המיקרו סטרימינג למספר מצב צורה נתון.

אם הדינמיקה של ממשק הבועות מכילה מצבים משלימים, ניתן לשנות באופן משמעותי את זרימת המיקרו בשל האינטראקציות המרובות בין המצבים שייצרו דפוסים ספציפיים. כדי לשייך בבטחה את תבנית הזרימה להרגעה של צורה נתונה, זכרו שיש צורך ללכוד לחילופין את דינמיקת הבועות ואת תנועת הזרימה. לממצאים אלה עשוי להיות שימוש מעשי ביישומים נוירופתיים כגון מתן תרופות מתווכות טרנספורמציה.

ואכן, ידוע כי בועות אקוסטיות מפעילות לחצים המושרים על קרום התא ומובילים לחלחירתם.