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

היכולת למדוד דפורמציות של סנפירים רובוטיים רכים באופן לא פולשני היא חשובה מכיוון שאנו יכולים ליידע טוב יותר את התכנון והבקרה של סנפירים עבור כלי רכב תת-ימיים ולאמת מודלים חישוביים. אנו יכולים לייעד מחדש כלי קיים בתוך דינמיקת נוזלים, הנקרא פלואורסצנציה המושרה בלייזר פלנר ולהרחיב אותו עבור מוצקים, אשר לאחר מכן יוכל לשמש למדידות סימולטניות של מוצקים ונוזלים. שיטה זו ניתנת להכללה למערכות וחומרים רובוטיים רכים.

אנו יכולים להשתמש בטכניקה זו, לא רק כדי לאמת אינטראקציות של מבנה נוזלים, אלא גם כדי לחקור חומרים גמישים עבור חיישנים ויישומים רפואיים. התחילו בתכנון ובנייה של תבנית בגימור מבריק מודפס בתלת-ממד של צורת סנפיר. הכן מערך ניסוי על ידי הרכבת מערכת לייזר פועמת על מיכל מים מלבני מזכוכית כדי ליצור יריעת אור פלנר החוצה את המיכל באמצע המטוס שלו ב 30 הרץ.

התקן מכשיר מצומד לטעינה של ארבעה מגה-פיקסל, או מצלמת CCD, עם עדשת 35 מילימטרים ומסנן פלואורסצנטי ארוך של 516 ננומטר. לאחר ההתקנה, בצע כיול של המיקרומטר להמרת פיקסלים על ידי צילום תמונה בודדת ממצלמת CCD עם סרגל הממוקם במישור יריעת הלייזר. לאחר מכן בחר שני מיקומים במצלמה וחלק את המרחק במיקרומטרים על ידי הפרדת פיקסלים.

ודא שיחס המיקרומטר לפיקסל קטן מספיק או בטווח תת-המילימטר עבור היישום. סנכרן את פולסי הלייזר ותמונות המצלמה עם סנפיר המתנפנף באמצעות יציאות ההדק מתוכנת הסנפיר ואותות ממחולל השהיה ותוכנה נלווית. ודא שכל בטיחות הלייזר היא בהתאם להנחיות המוסדיות.

כדי להגדיר את מערכת הלייזר, הפעילו את מערכת הלייזר עם מפתח ההפעלה שמפעיל את הצ'ילר כדי לקרר את ראשי הלייזר. אורות התקלה מהבהבים עד שהמערכת מוכנה להפעיל את הלייזרים. הגדר את מקור ההדק למנורה חיצונית, מתג Q חיצוני.

עבור שני ראשי הלייזר, הגדר את אנרגיית הלייזר ל- 60 עד 80% מהעוצמה המלאה ולחץ על כל לחצן מתג Q. לאחר מכן הפעל את הלייזרים על-ידי לחיצה על לחצן ההפעלה. לאחר מכן, חבר את כבלי החשמל למצלמה וודא חיבורים נאותים למחשב לפני פתיחת תוכנת הגדרת המצלמה ובחירת היציאה המתאימה.

לאחר הפעלת מחולל ההשהיה, חברו את ערוץ השער החיצוני להדק הסנפיר, תעלו את E למצלמה, ותעלו את A עד D ללייזר. לאחר מכן, פתח את תוכנת מחולל ההשהיה כדי לבחור את מצב הדופק לפיצוץ ואת רזולוציית המערכת לארבע ננו-שניות. הגדר את התקופה בשניות.

התאם את מצב ההדק/שער החיצוני למצב מופעל, סף ל- 0.20 וולט וקצה ההדק כעולה. כמו כן, הגדר ערוצים כמתואר בסקריפט. יישרו את הסנפיר, כך שיריעת הלייזר תעבור דרך מקטע חכם אחד של הסנפיר במיקום חכם, ולאחר מכן אבטחו את פלטפורמת הסנפיר באמצעות חומרת ההרכבה.

חברו את הכוח לחומרת בקרת הסנפיר ולמנועי הסנפיר כדי להתחיל לנפנף סנפירים עם הקינמטיקה שנבחרה, ולכבות את כל פנסי הסביבה. בתוכנת מחולל ההשהיה, לחץ על run כדי להתחיל בניסויים המסונכרנים ולרכוש תמונות של ההצטלבות של יריעת הלייזר עם הסנפיר לאורך מחזור השבץ. שימו לב לסנפיר המתנפנף במיכל עם יריעת לייזר דולקת ואורות הסביבה כבויים.

בסיום, לחץ על עצור לפני ניתוק הסנפיר ממקור החשמל. הזז את פלטפורמת הסנפיר, כך שיריעת הלייזר תצליב במיקום חכם חדש. החלף את הסנפיר בקרום סנפיר רצוי נוסף ובצע ניסויים כפי שהוכח קודם לכן כדי להשיג את התמונות למספר המדידות הרצוי.

נתח את התמונה על-ידי חילוץ כל העצמים הלבנים המייצגים חתכי סנפיר מאזור BW, תמונה בינארית של נקודה M והצגת התמונה עם נקודת M show M.לאחר מכן צור עקבות של גבול התמונה הבינארית עבור כל תמונה כדי לקבל צורה דו-ממדית, על-ידי בחירת כל הפיקסלים הסנפיריים שנוגעים בפיקסלי הרקע השחורים. השווה את צורות הסנפיר המתקבלות עם האינטראקציה של מבנה הנוזל התלת-ממדי, או מודלי FSI, שנוצרו מקווי המרכז, כדי להציג כיצד ניתן להשתמש בתהליך כאימות נאמנות גבוהה. קינמטיקה של סנפירים מתוכנתים הניבה משרעת שבץ של 43 מעלות ומשעת גובה של 17 מעלות.

התמונה ממחישה את ההשוואות בשתי עמדות בקו. אחד באמצע העלייה ואחד באמצע מכת ההפלה. יתר על כן, ההשוואות נעשו בין עיוותי הצורה של PDMS 10 לאחד, ו- PDMS 20 לסנפיר אחד.

צורות הסנפיר התלת-ממדיות שוחזרו מתוך הלייזר המפלן המושרה פלואורסצנציה, FSI ומקרים קשיחים באמצע המשחה, מה שמדגים את היכולת של הטכניקה הנוכחית לספק אימות נאמנות גבוהה לסימולציות FSI. בניסוי, חתך הסנפיר לא נראה בכל צעד בשל החרטום הנוקשה הנוקשה. התמונה מציגה את התוצאה שבה הסנפיר לא היה גלוי לעין.

הדבר החשוב ביותר שיש לזכור הוא לבדוק את הסנכרון של הרכיבים לפני ביצוע ניסויים מלאים. לאחר קביעת התזמון, בצע תחילה הרצת בדיקה.