Name: מידול דפורמציה של סנפיר רך מתנפנף באמצעות הדמיה פלואורסצנטית הנגרמת על ידי לייזר מישורי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-28T13:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: חקור מדידת דפורמציות תלת-ממדיות בסנפירים רכים מ-PDMS באמצעות פלואורסצנציה מושרית לייזר מישורי. שיטה זו מאפשרת אימות מודלים חישוביים ושיפור עיצוב כלי שיט תת-ימיים.

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

מחקר זה נתמך על ידי המשרד למחקר ימי באמצעות תוכנית בסיס 6.2 של מעבדת המחקר הימית של ארה"ב (NRL) ובוצע בזמן שקושיק סמפאת היה עובד בחטיבת האקוסטיקה ב- NRL וניקול שו החזיקה בפרס עמית מחקר NRC במעבדות לפיזיקה חישובית ודינמיקת נוזלים ב- NRL. המחברים רוצים להודות לד"ר רובן הורטנסיוס (TSI Inc.) על תמיכה טכנית והדרכה.

1. ייצור סנפירים
<ol><li>בנה תבנית סנפיר המבוססת על עיצוב הצורה הרצוי.<ol>
<li>תכננו ובנו תבנית מותאמת אישית בגימור מבריק של צורת סנפיר (איור 1) שהודפסה בתלת-ממד. ראה קבצי STL לייצור התבנית בקבצי קידוד משלימים 1-4.</li>
		<li>הוסיפו אלמנטים מבניים לתבנית, כגון תקרת פלסטיק קשיחה מודפסת בתלת-ממד. ראה את קובץ STL של ה- spar בקובץ קידוד משלים 2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ערבב PDMS (ראה טבלת חומרים) ביחס החלק הרצוי.<ol>
<li>בחר את יחס החלקים של אלסטומר בסיס לסוכן ריפוי (כלומר, 10:1 או 20:1) כדי להשיג מודולוס אלסטי גבוה או נמוך יותר, בהתאמה. שקול את הכמויות המתאימות של בסיס וקשיח. הערה: גם 10:1 וגם 20:1 (אלסטומר לסוכן ריפוי) שימשו במחקר הנוכחי.</li>
		<li>מדוד את הפיגמנט הפלואורסצנטי (ראה טבלת חומרים) כך שהתערובת הכוללת מכילה 0.1%-1% פיגמנט לפי משקל, בהתאם לבהירות הרצויה של פיגמנטציה. הוסף את הפיגמנט לתערובת PDMS.</li>
		<li>יוצקים את הכמויות הנמדדות של אלסטומר, מקשיח ופיגמנט לתוך מיקסר צנטריפוגלי פלנטרי (ערבוב של 423 x גרם במשך 30 שניות וביטול אוורור ב-465 x גרם ל-30 שניות) וערבבו בהתאם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>מטילים את הסנפיר בתבנית.<ol>
<li>דגה ולשפוך את תערובת PDMS לתוך התבנית עבור הסנפיר. מכניסים את התבנית לתנור בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות, ונותנים לה לרפא למשך הלילה ב-37 מעלות צלזיוס.</li>
		<li>לאחר השלמת הריפוי, הסירו את סנפיר הגבס מהתבנית (איור 2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>בצע בדיקות מתיחה בהתאם לתקן ASTM39.<ol>
<li>עבור כל יציקת סנפיר בשלב 1.3., הטילו דגימה אחת מסוג IV באמצעות אותה תערובת PDMS ופיגמנטים בתבנית בצורת Type IV באמצעות שלבים 1.1.-1.3 שתוארו קודם לכן. הערה: ראה את קבצי STL כדי להטיל את הדגימה מסוג IV בקובץ קידוד משלים 5 (תבנית המוצגת באיור 1C), וראה איור 3 דוגמאות לדגימות מסוג IV שנבדקו.</li>
		<li>הידקו את דגימת הבדיקה למכונת הבדיקה המתיחה (ראו טבלת חומרים). מדוד את האורך, הרוחב והעובי ההתחלתיים (מ"מ) של קטע הדגימה הצר.</li>
		<li>הכפיפו את דגימת הבדיקה למתח במרווחים של 5 מ"מ, מה שמבטיח שהדגימה תישאר מתוחה באזור האלסטי בלבד, ולא מתוחה יתר על המידה. הפחיתו את המתח במרווחים של 5 מ"מ עד שתזוזת הדגימה הכוללת תהיה 0 מ"מ (מיקום מקורי). רשום את האורכים (מ"מ) והכוחות (N) של החלק הצר בכל תוספת.</li>
		<li>כדי לחשב את המודולוס האלסטי של המדגם, התווה את עקומת המתח-מתח וקבע את ההתאמה הליניארית הטובה ביותר ואת הערך R2 .</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. מערך וניסויים ניסיוניים
<ol><li>הרכיבו את חומרת PLIF (ראו טבלת חומרים) על מיכל מים מלבני מזכוכית (2.41 מ' x 0.76 מ' x 0.76 מ').<ol>
<li>הרכבה ושימוש במערכת לייזר עם פולסים (ראו טבלת חומרים) כדי ליצור יריעת אור מישורית החוצה את המיכל במישור האמצעי שלו בתדר מסוים (30 הרץ), כפי שמוצג באיור 4.</li>
		<li>הרכיבו והשתמשו במצלמת 4 מגה-פיקסל מצומדת לטעינה (CCD) המצוידת בעדשה (35 מ"מ) ובמסנן פלואורסצנטי ארוך-פס (560 ננומטר) (ראו טבלת חומרים).</li>
		<li>כייל את המרת המיקרומטר לפיקסל על-ידי צילום תמונה בודדת ממצלמת CCD עם סרגל הממוקם במישור יריעת הלייזר (איור 5). בחר שני מיקומים במצלמה וחלק את המרחק במיקרומטרים על ידי הפרדת פיקסלים. ודא שיחס מיקרומטר לפיקסל זה קטן מספיק (תת-מילימטר) עבור היישום.</li>
	</ol></li>
	<li>סנכרן את פולסי הלייזר ותמונות המצלמה עם הסנפיר המתנפנף באמצעות יציאות הדק מתוכנת הסנפיר ואותות ממחולל השהיה ותוכנה משויכת (ראו טבלת חומרים) כדי לתאם את המצלמה, ראשי הלייזר ותנועת הסנפיר. ראה איור משלים 1 לדוגמה של הגדרות ממשק התוכנה של מחולל העיכובים.<ol><li>הגדר את מערכת הלייזר. הערה: ודא שכל אמצעי הבטיחות בלייזר תואמים להנחיות המוסדיות.<ol>
<li>הפעילו את מערכת הלייזר על ידי סיבוב מפתח הכוח ימינה כדי להפעיל את הצ'ילר שמקרר את ראשי הלייזר. נורית התקלה מהבהבת עד שהמערכת מוכנה להפעיל את הלייזרים. אל תלחץ על לחצן ההפעלה שמפעיל את הלייזרים עד שכל מצבי הלייזר מוגדרים כראוי.</li>
			<li>הגדר את מקור ההדק ל-EXT LAMP/EXT Q-SW (מנורה חיצונית/מתג Q חיצוני).</li>
			<li>עבור שני ראשי הלייזר, הגדר את אנרגיית הלייזר לרמה הרצויה (כלומר, כ-60%-80% מהעוצמה המלאה) וודא שמתג ה-Q מופעל על-ידי לחיצה על כל כפתור Q-switch .</li>
			<li>הפעל את הלייזרים על-ידי לחיצה על לחצן ההפעלה. הערה: מכיוון שמקור ההדק מוגדר ל - EXT LAMP / EXT Q-SW, ראשי הלייזר מוכנים לירי, אך יורים רק לאחר שהמערכת מקבלת הדק חיצוני מהתוכנה.</li>
		</ol></li>
		<li>הגדר את המצלמה.<ol>
<li>חבר את כבלי החשמל למצלמה והבטח חיבורים מתאימים למחשב ולתוכנה.</li>
			<li>פתח את תוכנת הגדרות המצלמה ובחר את היציאה המתאימה.<ol>
<li>תחת הגדרות > הפעלה, הגדר את "הפעל ב: " ל חיצוני ו" מצב:" לצום.</li>
				<li>תחת חשיפה, הגדר "בקרת חשיפה" לכיבוי.</li>
			</ol>
</li>
			<li>פתח את תוכנת לכידת המצלמה ובחר את כרטיס המצלמה המתאים.<ol>
<li>לחץ על לחצן תפוס רצף .</li>
				<li>לחץ על כפתור הגדרות לכידה , בחר תמונות TIFF, בחר סדרת מסגרות ..., ובחר את נתיב הקובץ הרצוי, מספר בן 6 ספרות, רציף וקבל.</li>
				<li>לחץ על התחל לכידה. הערה: מכיוון שהגדרות המצלמה מוגדרות כגורם מפעיל חיצוני, המצלמה מוכנה לאסוף תמונות אך לוכדת תמונות אלה רק לאחר שהמערכת מקבלת טריגר חיצוני מהתוכנה.</li>
			</ol>
</li>
		</ol></li>
		<li>הגדר את מחולל ההשהיה.<ol>
<li>הפעל את מחולל ההשהיה, וחבר את ערוץ השער החיצוני להדק הסנפיר, ערוצים A-D ללייזר (A: ראש לייזר 1, B: מתג Q ללייזר 1, C: ראש לייזר 2, ו- D: מתג Q ללייזר 2), וערוץ E למצלמה.</li>
			<li>פתח את תוכנת מחולל ההשהיה.</li>
			<li>בחר את "מצב הדופק" ל-Burst ואת "רזולוציית המערכת" ל-4 ns.</li>
			<li>הגדר את "תקופה (ות)" ל - 0.0333333352.</li>
			<li>הגדר את "מצב ההדק/שער החיצוני" למצב מופעל, "סף (V)" ל - 0.20 ו- "קצה ההדק" כ - Rising.</li>
			<li>בערוצים > Ch A, לחץ על תיבת הסימון מופעל. הגדר את "השהיה (s)" ל- 0.000000004, "רוחב (s)" ל- 0.0050000000, "משרעת (V)" עד 5.00, "מצב ערוץ" למחזור עבודה, "ספירת המתנה" עד 0, "מקור סינכרון" עד T0, "קוטביות" לנורמה, "Multixer" עד A, "מחזור עבודה מופעל" ל- 1, "מחזור עבודה כבוי" ל- 1 ו- "מצב שער" ל- Disabled.</li>
			<li>בערוצים > Ch B, לחץ על תיבת הסימון מופעל. הגדר את "השהיה (s)" ל- 0.000138000, "רוחב (s)" עד 0.005000000, "משרעת (V)" עד 5.00, "מצב ערוץ" למחזור חובה, "ספירת המתנה" עד 0, "מקור סינכרון" עד Ch A, "קוטביות" לרגיל, "Multixer" עד B, "מחזור עבודה מופעל" ל- 1, "מחזור עבודה כבוי" ל- 1 ו" מצב שער " ל- Disabled.</li>
			<li>בערוצים > Ch C, לחץ על תיבת הסימון מופעל. הגדר את "השהיה (s)" ל- 0.033333304, "רוחב (s)" ל- 0.005000000, "משרעת (V)" ל- 5.00, "מצב ערוץ" למחזור משימות, "ספירת המתנה" עד 0, "מקור סינכרון" עד Ch A, "קוטביות" לרגיל, "Multixer" עד C, "מחזור עבודה מופעל" ל- 1, "מחזור עבודה כבוי" ל- 1 ו- "מצב שער" ל- Disabled.</li>
			<li>בערוצים > Ch D, לחץ על תיבת הסימון זמין. הגדר את "השהיה (s)" ל- 0.000138000, "רוחב (s)" ל- 0.005000000, "משרעת (V)" עד 5.00, "מצב ערוץ" למחזור עבודה, "ספירת המתנה" עד 0, "מקור סינכרון" עד Ch C, "קוטביות" לרגיל, "Multixer" עד D, "מחזור עבודה מופעל" עד 1, "מחזור עבודה כבוי" ל- 1 ו" מצב שער " ל- Disabled.</li>
			<li>בערוצים > Ch E, לחץ על תיבת הסימון זמין. הגדר את "השהיה (s)" ל- 0.000000004, "רוחב (s)" ל- 0.0050000000, "משרעת (V)" עד 5.00, "מצב ערוץ" לרגיל, "ספירת המתנה" עד 0, "סנכרן מקור" עד T0, "קוטביות" לנורמה, "ריבוי" ל- E ו" מצב שער " ל- מושבת.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>יישרו את הסנפיר כך שיריעת הלייזר תעבור דרך מקטע אחד של הסנפיר במיקום נבחר לאורך זמן ואבטחו את פלטפורמת הסנפיר באמצעות חומרת ההרכבה.</li>
	<li>חברו את הכוח לחומרת בקרת הסנפיר ולמנועי הסנפיר (ראו טבלת חומרים) כדי להתחיל לנפנף סנפירים עם הקינמטיקה שנבחרה, ולכבות את כל פנסי הסביבה.</li>
	<li>לחץ על הפעל בתוכנת מחולל ההשהיה כדי להתחיל בניסויים המסונכרנים ולרכוש תמונות של ההצטלבות של יריעת הלייזר עם הסנפיר לאורך מחזור השבץ. זה צריך להתבצע על פני 200+ מחזורי שבץ.</li>
	<li>לחץ על עצור בתוכנת מחולל ההשהיה ונתק את הסנפיר ממקור החשמל.</li>
	<li>הזז את פלטפורמת הסנפיר כך שיריעת הלייזר תצלב במיקום חדש ובצע ניסויים כדי להשיג את התמונות שוב. חזור על שלבים 2.3.-2.6. עבור מספר המדידות הרצויות (שמונה מיקומים שונים לאורך כל הדרך, כפי שמוצג על-ידי הקווים המקווקווים השחורים באיור 2A).</li>
	<li>החלף את הסנפיר בממברנות סנפיר רצויות נוספות (שתי נוקשות סנפירים, PDMS 10:1 ו- PDMS 20:1) וחזור על הניסויים.</li>
</ol>3. ניתוח תמונות
<ol><li>עבור כל ניסוי ניסיוני שנערך בשלב 2.4., אתר את הקובץ שבו מאוחסנות התמונות וצור תיקיית משנה עבור כל מיקום סנפיר או פאזה לאורך מחזור השבץ. מיין את קבצי התמונה לתיקיות המשנה המתאימות להם.</li>
	<li>עבור כל תיקיית משנה של שלב סנפיר, קרא את 200+ התמונות כמערכים בעלי ערכי פיקסלים (imread.m). סכם את מערכי ערכי הפיקסלים עבור כל התמונות וחלק במספר התמונות כדי ליצור תמונה ממוצעת. כתוב את התמונה לקובץ חדש (imwrite.m). חזור על שלב זה עבור כל מיקום סנפיר לאורך מחזור הקו (30 מיקומים).</li>
	<li>בצע שיפור היסטוגרמה בכל תמונה ממוצעת (imadjust.m) כדי להרחיב את טווח העוצמה הדינמית של התמונות למלוא הטווח הזמין כדי לשפר את הניגודיות בין הסנפיר לרקע.</li>
	<li>הגדר את ספי העוצמה ובצע בינאריזציה של כל תמונה כדי לקבל תמונה בשחור-לבן (imbinarize.m). הצורות הלבנות המתקבלות צריכות להתאים לחתיכות של חתך הסנפיר.</li>
	<li>חלץ את כל האובייקטים הלבנים (חתיכות סנפיר) מהתמונה הבינארית (bwareafilt.m), והצג את התמונה (imshow.m). צור עקבות של גבול התמונה הבינארית עבור כל תמונה כדי לקבל צורה דו-ממדית על-ידי בחירת כל הפיקסלים הסנפירים (הלבנים) שנוגעים בפיקסלי הרקע (השחור) (bwboundaries.m). הערה: עקב קינמטיקה של סנפירים שנכפתה, התצוגה של חתך הרוחב שנמדד ב-PLIF במסגרות מסוימות עשויה להיות מוסתרת על-ידי חלק אחר של הסנפיר. במקרים כאלה, או שאין צורת סנפיר קוהרנטית הנראית לעין מהתמונות, או שרק הקצה המוביל (LE) נשאר גלוי (איור 6).</li>
	<li>בצע שלבים 3.1.-3.5. עבור כל חתך סנפיר.</li>
</ol>4. שחזור של סטייה תלת-ממדית
<ol><li>בהנחה שמיקום ה-LE (לפחות קרוב יותר לציר הקו) במקרים הגמישים זהה לזה של ה-LE בסנפיר קשיח באותה צורה, קו את המישור שחותך לאורך ה-LE שלהם לאותו שלב-זמן, והשווה לתוצאות מצורת הסנפיר הנוקשה המתאימה.</li>
	<li>השתמש בהתאמה של ריבועים מזעריים כדי להעריך את צורת קו האמצע המתקבלת של חתך הסנפיר עבור כל חתכי המישור ולשחזר את צורת הסנפיר התלת-ממדית באמצעות גוף קמור פשוט מפרופילים מותאמים אלה.</li>
	<li>השווה את צורות הסנפיר המתקבלות עם מודלי FSI תלת-ממדיים (שנוצרו מקווי המרכז שלהם) כדי להציג כיצד תהליך זה יכול לשמש כאימות בנאמנות גבוהה.<ol>
<li>צור טריאנגולציה משטחית של הניילון הנוקשה חלקית וסנפיר PDMS גמיש חלקית.</li>
		<li>השתמש בתוכנת דינמיקה מבנית מסחרית (ראה טבלת חומרים) כדי לקבל את ה- eigenmodes של החומר ההיברידי.<ol>
<li>בצע מחקרי קנה מידה כדי להתאים את התזוזה במצב יציב המתקבלת באמצעות הפרש לחץ אחיד על משטחי הסנפיר.</li>
			<li>שנה את קנה המידה של המצבים כך שיתאימו לתזוזה המתקבלת מהתוכנה.</li>
		</ol>
</li>
		<li>עם גורם קנה המידה הנכון, השתמש במצבים הדומיננטיים הראשונים (בדרך כלל 7 או 8) המשמשים בפותר FSI המצומד כדי לדמות את הזרימה הלא יציבה מעל הסנפיר הגמיש.<ol>
<li>התייחסו לגוף כאל ישות מוטבעת ברשת רקע. הערה: הפותר המצומד אומת עבור בעיית טורק-הרון של זרימה מעל גליל עגול עם עקיצה גמישה בחלק האחורי35 והורחב להדמיות סנפיר מתנפנפות36.</li>
			<li>רשום את הקינמטיקה של תנועת הסנפיר מהניסויים.</li>
			<li>עקוב אחר היסטוריית הזמן של ייצור הכוח וצורת הסנפיר לאורך מספר חתכי מישור לאורך מחזור ההתנפלות, והשווה לניסויים.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Barrett, D. S., Triantafyllou, M. S., Yue, D. K. P., Grosenbaugh, M. A., Wolfgang, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drag+reduction+in+fish-like+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Drag reduction in fish-like locomotion.</a> Journal of Fluid Mechanics. 392, 183-212 (1999).</li>
<li>Hobson, B. W., Murray, M. M., Pell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PilotFish%3A+maximizing+agility+in+an+unmanned-underwater+vehicle%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+11th+International+Symposium+on+Unmanned+Untethered+Submersible+Technology%22%5BJournal%5D)">PilotFish: maximizing agility in an unmanned-underwater vehicle.</a> Proceedings of the 11th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology. 99, 41-51 (1999).</li>
<li>Licht, S., Polidoro, V., Flores, M., Hover, F. S., Triantafyllou, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+projected+performance+of+a+flapping+foil+AUV%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Oceanic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Design and projected performance of a flapping foil AUV.</a> IEEE Journal of Oceanic Engineering. 29 (3), 786-794 (2004).</li>
<li>Zhou, C., Wang, L., Cao, Z., Wang, S., Tan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+control+of+biomimetic+robot+fish+FAC-I%5BTitle%5D)+AND+%22Bio-mechanisms+of+Swimming+and+Flying%22%5BJournal%5D)">Design and control of biomimetic robot fish FAC-I.</a> Bio-mechanisms of Swimming and Flying. , 247-258 (2008).</li>
<li>Kato, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+pectoral+fin+actuators+for+biomimetic+underwater+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Bio-mechanisms+of+Swimming+and+Flying%22%5BJournal%5D)">Elastic pectoral fin actuators for biomimetic underwater vehicles.</a> Bio-mechanisms of Swimming and Flying. , 271-282 (2008).</li>
<li>Moored, K. W., Smith, W., Hester, J. M., Chang, W., Bart-Smith, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+thrust+production+of+a+myliobatoid-inspired+oscillating+wing%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Investigating the thrust production of a myliobatoid-inspired oscillating wing.</a> Advances in Science and Technology. 58, 25-30 (2008).</li>
<li>Sitorus, P. E., Nazaruddin, Y. Y., Leksono, E., Budiyono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+implementation+of+paired+pectoral+fins+locomotion+of+labriform+fish+applied+to+a+fish+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bionic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Design and implementation of paired pectoral fins locomotion of labriform fish applied to a fish robot.</a> Journal of Bionic Engineering. 6 (1), 37-45 (2009).</li>
<li>Tangorra, J. L., Lauder, G. V., Hunter, I. W., Mittal, R., Madden, P. G. A., Bozkurttas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+fin+ray+flexural+rigidity+on+the+propulsive+forces+generated+by+a+biorobotic+fish+pectoral+fin%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">The effect of fin ray flexural rigidity on the propulsive forces generated by a biorobotic fish pectoral fin.</a> Journal of Experimental Biology. 213 (23), 4043-4054 (2010).</li>
<li>Park, Y. -J., Jeong, U., Lee, J., Kim, H. -Y., Cho, K. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+compliant+joint+and+caudal+fin+in+thrust+generation+for+robotic+fish%5BTitle%5D)+AND+%222010+3rd+IEEE+RAS+%26+EMBS+International+Conference+on+Biomedical+Robotics+and+Biomechatronics%22%5BJournal%5D)">The effect of compliant joint and caudal fin in thrust generation for robotic fish.</a> 2010 3rd IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. , 528-533 (2010).</li>
<li>Palmisano, J. S., Geder, J. D., Ramamurti, R., Sandberg, W. C., Banahalli, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+pectoral+fin+thrust+vectoring+using+weighted+gait+combinations%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Bionics+and+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Robotic pectoral fin thrust vectoring using weighted gait combinations.</a> Applied Bionics and Biomechanics. 9, 802985(2012).</li>
<li>Esposito, C. J., Tangorra, J. L., Flammang, B. E., Lauder, G. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+robotic+fish+caudal+fin%3A+effects+of+stiffness+and+motor+program+on+locomotor+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">A robotic fish caudal fin: effects of stiffness and motor program on locomotor performance.</a> Journal of Experimental Biology. 215 (1), 56-67 (2012).</li>
<li>Hannard, F., Mirkhalaf, M., Ameri, A., Barthelat, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Segmentations+in+fins+enable+large+morphing+amplitudes+combined+with+high+flexural+stiffness+for+fish-inspired+robotic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Robotics%22%5BJournal%5D)">Segmentations in fins enable large morphing amplitudes combined with high flexural stiffness for fish-inspired robotic materials.</a> Science Robotics. 6 (57), (2021).</li>
<li>Lauder, G. V., Madden, P. G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fish+locomotion%3A+kinematics+and+hydrodynamics+of+flexible+foil-like+fins%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">Fish locomotion: kinematics and hydrodynamics of flexible foil-like fins.</a> Experiments in Fluids. 43 (5), 641-653 (2007).</li>
<li>Bazaz Behbahani, S., Tan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+pectoral+fin+flexibility+in+robotic+fish+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nonlinear+Science%22%5BJournal%5D)">Role of pectoral fin flexibility in robotic fish performance.</a> Journal of Nonlinear Science. 27 (4), 1155-1181 (2017).</li>
<li>Wu, X., Zhang, X., Tian, X., Li, X., Lu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+fluid+dynamics+of+flapping+foils%5BTitle%5D)+AND+%22Ocean+Engineering%22%5BJournal%5D)">A review on fluid dynamics of flapping foils.</a> Ocean Engineering. 195, 106712(2020).</li>
<li>Park, H., Park, Y. -J., Lee, B., Cho, K. -J., Choi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vortical+structures+around+a+flexible+oscillating+panel+for+maximum+thrust+in+a+quiescent+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Vortical structures around a flexible oscillating panel for maximum thrust in a quiescent fluid.</a> Journal of Fluids and Structures. 67, 241-260 (2016).</li>
<li>Shinde, S. Y., Arakeri, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexibility+in+flapping+foil+suppresses+meandering+of+induced+jet+in+absence+of+free+stream%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Flexibility in flapping foil suppresses meandering of induced jet in absence of free stream.</a> Journal of Fluid Mechanics. 757, 231-250 (2014).</li>
<li>Sampath, K., Geder, J. D., Ramamurti, R., Pruessner, M. D., Koehler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamics+of+tandem+flapping+pectoral+fins+with+varying+stroke+phase+offsets%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Fluids%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamics of tandem flapping pectoral fins with varying stroke phase offsets.</a> Physical Review Fluids. 5 (9), 094101(2020).</li>
<li>Young, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid-structure+interaction+analysis+of+flexible+composite+marine+propellers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Fluid-structure interaction analysis of flexible composite marine propellers.</a> Journal of Fluids and Structures. 24 (6), 799-818 (2008).</li>
<li>Hughes, B., Burghardt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+visual+fin+identification+of+individual+great+white+sharks%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Computer+Vision%22%5BJournal%5D)">Automated visual fin identification of individual great white sharks.</a> International Journal of Computer Vision. 122 (3), 542-557 (2017).</li>
<li>Watanabe, Y., Komuro, T., Ishikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((955-fps+real-time+shape+measurement+of+a+moving%2Fdeforming+object+using+high-speed+vision+for+numerous-point+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+2007+IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">955-fps real-time shape measurement of a moving/deforming object using high-speed vision for numerous-point analysis.</a> Proceedings 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 3192-3197 (2007).</li>
<li>Teng, J., Hu, C., Huang, H., Chen, M., Yang, S., Chen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-shot+3D+tracking+based+on+polarization+multiplexed+Fourier-phase+camera%5BTitle%5D)+AND+%22Photonics+Research%22%5BJournal%5D)">Single-shot 3D tracking based on polarization multiplexed Fourier-phase camera.</a> Photonics Research. 9 (10), 1924(2021).</li>
<li>Zhang, B., Dong, Q., Korman, C. E., Li, Z., Zaghloul, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+packaging+of+solid-state+integrated+circuit+chips+with+elastomeric+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Flexible packaging of solid-state integrated circuit chips with elastomeric microfluidics.</a> Scientific Reports. 3 (1), 1098(2013).</li>
<li>Majidi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft-matter+engineering+for+soft+robotics%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Soft-matter engineering for soft robotics.</a> Advanced Materials Technologies. 4 (2), 1800477(2018).</li>
<li>Springer. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Springer+Handbook+of+Experimental+Fluid+Mechanics%22">Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics</a>. , Springer Berlin Heidelberg. Berlin Heidelberg. (2007).</li>
<li>Crimaldi, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+laser+induced+fluorescence+in+aqueous+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">Planar laser induced fluorescence in aqueous flows.</a> Experiments in Fluids. 44 (6), 851-863 (2008).</li>
<li>Davidson, D. F., Hanson, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectroscopic+Diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Handbook+of+Shock+Waves%22%5BJournal%5D)">Spectroscopic Diagnostics.</a> Handbook of Shock Waves. , 741(2001).</li>
<li>Academic Press. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Handbook+of+Shock+Waves%22">Handbook of Shock Waves</a>. , Academic Press. San Diego. (2001).</li>
<li>Yang, W. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYang%2C+WJ+%22Handbook+of+Flow+Visualization%22">Handbook of Flow Visualization</a>. , Routledge. (2018).</li>
<li>Cowen, E. A., Chang, K. -A., Liao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single-camera+coupled+PTV-LIF+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">A single-camera coupled PTV-LIF technique.</a> Experiments in Fluids. 31 (1), 63-73 (2001).</li>
<li>Hanson, R. K., Seitzman, J. M., Paul, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+laser-fluorescence+imaging+of+combustion+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+B+Photophysics+and+Laser+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Planar laser-fluorescence imaging of combustion gases.</a> Applied Physics B Photophysics and Laser Chemistry. 50 (6), 441-454 (1990).</li>
<li>Houghton, I. A., Koseff, J. R., Monismith, S. G., Dabiri, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertically+migrating+swimmers+generate+aggregation-scale+eddies+in+a+stratified+column%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Vertically migrating swimmers generate aggregation-scale eddies in a stratified column.</a> Nature. 556 (7702), 497-500 (2018).</li>
<li>Mohaghar, M., Webster, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+non-linear+internal+waves+using+PIV%2FPLIF+techniques%5BTitle%5D)+AND+%2214th+International+Symposium+on+Particle+Image+Velocimetry%22%5BJournal%5D)">Characterization of non-linear internal waves using PIV/PLIF techniques.</a> 14th International Symposium on Particle Image Velocimetry. 1 (1), (2021).</li>
<li>Yue, Y., Zhang, H., Zhang, Z., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tensile+properties+of+fumed+silica+filled+polydimethylsiloxane+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+A%3A+Applied+Science+and+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Tensile properties of fumed silica filled polydimethylsiloxane networks.</a> Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 54, 20-27 (2013).</li>
<li>Ramamurti, R., Geder, J., Viswanath, K., Lohner, R., Soto, O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRamamurti%2C+R+%22Coupled+CFD%2C+structure+and+control+tool+for+simulation+of+flapping+wing+analysis%22">Coupled CFD, structure and control tool for simulation of flapping wing analysis</a>. , (2019).</li>
<li>Geder, J. D., Ramamurti, R., Sampath, K., Pruessner, M., Viswanath, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid-structure+modeling+and+the+effects+of+passively+deforming+fins+in+flapping+propulsion+systems%5BTitle%5D)+AND+%22OCEANS+2021%3A+San+Diego+-+Porto%22%5BJournal%5D)">Fluid-structure modeling and the effects of passively deforming fins in flapping propulsion systems.</a> OCEANS 2021: San Diego - Porto. , 1-9 (2021).</li>
<li>Anderson, D. A., Tannehill, J. C., Pletcher, R. H., Ramakanth, M., Shankar, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAnderson%2C+DA+%22Computational+Fluid+Mechanics+and+Heat+Transfer.+Fourth+edition.+%7C+Boca%22">Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. Fourth edition. | Boca</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. Series: Computational and physical processes in mechanics and thermal sciences (2020).</li>
<li>Löhner, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aL%C3%B6hner%2C+R+%22Applied+Computational+Fluid+Dynamics+Techniques%3A+An+Introduction+Based+on+Finite+Element+Methods%22">Applied Computational Fluid Dynamics Techniques: An Introduction Based on Finite Element Methods</a>. , John Wiley & Sons. Chichester, England; Hoboken, NJ. (2008).</li>
<li>D20 Committee. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Test+Method+for+Tensile+Properties+of+Plastics%22">Test Method for Tensile Properties of Plastics</a>. , ASTM International. (2022).</li>
<li>Bai, K., Katz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+refractive+index+of+sodium+iodide+solutions+for+index+matching+in+PIV%5BTitle%5D)+AND+%22Experiments+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">On the refractive index of sodium iodide solutions for index matching in PIV.</a> Experiments in Fluids. 55 (4), 1704(2014).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

פלואורסצנציה מישורית המושרה בלייזר משמשת בדרך כלל להדמיית זרימות מימיות על ידי זריעת הנוזל עם צבע, אשר פלואורסצנטי כאשר הוא נחשף ליריעת לייזר25,26. עם זאת, השימוש ב- PLIF כדי לדמיין עיוותים בחומרים תואמים לא דווח בעבר, ומחקר זה מתאר גישה להשגת מדידות היסטוריית זמן של עיוות צורה ברזולוציה גבוהה בסנפירי מוצק גמישים באמצעות PLIF. השוואת מדידות סנפיר אלה עם סימולציות FSI מאמתת את המודלים המספריים ומספקת ביטחון נוסף בשימוש בתוצאות חישוביות לתכנון ובקרה של סנפירים....

בטבע, מיני דגים רבים התפתחו כדי להשתמש במגוון תנועות גוף וסנפירים כדי להשיג תנועה. מחקר לזיהוי העקרונות של תנועת דגים סייע להניע את התכנון של מערכות הנעה ביולוגיות, כאשר ביולוגים ומהנדסים עבדו יחד כדי לפתח מנגנוני הנעה ובקרה מסוגלים של הדור הבא עבור כלי רכב תת-ימיים. קבוצות מחקר שונות חקרו תצורות סנפירים, צורות, חומרים, פרמטרים של שבץ וטכניקות בקרת עקמומיות פני השטח 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . החשיבות של אפיון יצירת מערבולות קצה ונטיית ההתעוררות להבין את יצירת הדחף במערכות חד-סנפיריות ורב-סנפיריות תועדה במחקרים רבים, הן חישוביים והן ניסיוניים 13,14,15,16,17,18. עבור מנגנוני סנפיר העשויים מחומרים תואמים, המוצגים במחקרים שונים כדי להפחית את נטיית ההתעוררות ולהגדיל את דחף17, חיוני גם ללכוד ולדגום במדויק את היסטוריית זמן העיוות שלהם כדי להתאים לניתוח מבנה הזרימה. לאחר מכן ניתן להשתמש בתוצאות אלה כדי לאמת מודלים חישוביים, ליידע על תכנון ובקרת סנפירים, ולהקל על תחומי מחקר פעילים בטעינה הידרודינמית לא יציבה על חומרים גמישים, הזקוקים לאימות19. מחקרים השתמשו במעקב ישיר אחר צורות מבוססות תמונה במהירות גבוהה בסנפירי כרישים ובעצמים מורכבים אחרים20,21,22, אך צורת הסנפיר התלת-ממדית המורכבת חוסמת לעתים קרובות את הגישה האופטית, מה שמקשה על המדידה. לפיכך, יש צורך דחוף בשיטה פשוטה ויעילה כדי לדמיין תנועת סנפיר גמישה.
חומר הנמצא בשימוש נרחב במנגנוני סנפיר תואמים הוא פולידימתילסילוקסן (PDMS) בשל עלותו הנמוכה, קלות השימוש, יכולתו לשנות נוקשות ותאימות ליישומים תת-ימיים23, כפי שתואר בהרחבה בסקירה של מג'ידי ואחרים. בנוסף ליתרונות אלה, PDMS הוא גם שקוף מבחינה אופטית, אשר תורם למדידות באמצעות טכניקת אבחון אופטית כגון פלואורסצנציה הנגרמת על ידי לייזר מישורי (PLIF). באופן מסורתי במכניקת זורמים ניסיונית25, PLIF שימש כדי לדמיין זרימות זורמים על ידי זריעת הנוזל עם צבע או חלקיקים מרחפים או ניצול מעברים קוונטיים ממינים שכבר נמצאים בזרימה שפליאה כאשר הם נחשפים ליריעת לייזר 26,27,28,29. טכניקה מבוססת היטב זו שימשה לחקר דינמיקת נוזלים בסיסית, בעירה ודינמיקה באוקיינוס 26,30,31,32,33.
במחקר הנוכחי, PLIF משמש להשגת מדידות מרחביות-טמפורליות של עיוות צורה בסנפירים רובוטיים גמישים בהשראת דגים. במקום לזרוע את הנוזל עם צבע, הקינמטיקה התת-ימית של סנפיר PDMS מוצגת בחתכים שונים של אקורדים. למרות שניתן לבצע הדמיית לייזר מישורית על PDMS יצוק רגיל ללא פלואורסצנציה נוספת, שינוי PDMS כדי לשפר את הפלואורסצנציה יכול לשפר את יחס האות לרעש (SNR) של התמונות על ידי הפחתת ההשפעות של רכיבי הרקע, כגון חומרת ההרכבה של הסנפיר. ניתן להפוך את PDMS לפלואורסצנטי על ידי שימוש בשתי שיטות, בין אם על ידי זריעת חלקיקים פלואורסצנטיים או פיגמנטציה. דווח כי עבור יחס חלק נתון, הראשון משנה את הנוקשות של PDMS34 יצוק וכתוצאה מכך. לכן, פיגמנט לא רעיל, זמין מסחרית, היה מעורבב עם PDMS שקוף כדי ליצוק סנפירים פלואורסצנטיים עבור ניסויי PLIF.
כדי לספק דוגמה לשימוש במדידות קינמטיקה של סנפירים אלה לאימות מודלים חישוביים, הקינמטיקה הניסויית מושווית לערכים מהמודלים של אינטראקציה מצומדת-מבנה-נוזל (FSI) של הסנפיר. מודלי ה-FSI המשמשים בחישובים מבוססים על שבעת ה-eigenmodes הראשונים שחושבו באמצעות תכונות החומר הנמדד עבור הסנפירים. השוואות מוצלחות מאמתות מודלים של סנפירים ומספקות ביטחון בשימוש בתוצאות החישוביות לצורך תכנון ובקרה של סנפירים. יתר על כן, תוצאות PLIF מראות כי ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לאמת מודלים נומריים אחרים במחקרים עתידיים. מידע נוסף על מודלים אלה של FSI ניתן למצוא בעבודה קודמת35,36 ובטקסטים בסיסיים של שיטות חישוביות של דינמיקת זורמים37,38. מחקרים עתידיים יכולים גם לאפשר מדידות בו-זמניות של עיוותים מוצקים וזרימת נוזלים למחקרים ניסיוניים משופרים של FSI בסנפירים רובוטיים, רובוטים רכים בעלי השראה ביולוגית ויישומים אחרים. יתר על כן, מכיוון ש- PDMS ואלסטומרים תואמים אחרים נמצאים בשימוש נרחב בתחומים שונים, כולל חיישנים ומכשירים רפואיים, הדמיית דפורמציות במוצקים גמישים באמצעות טכניקה זו יכולה להועיל לקהילה גדולה יותר של חוקרים בהנדסה, פיזיקה, ביולוגיה ורפואה.

<table><tbody><tr><td>בקר ADMET</td><td></td><td>MTESTuattro</td><td></td></tr><tr><td>Axon II</td><td>Society of Robots</td><td></td><td>מיקרו-בקר לחומרת הסנפיר</td></tr><tr><td>Berkeley Nucleonics Delay Generator</td><td>Berkeley Nucleonics Corp</td><td>דגם 525</td><td>BNC מחולל עיכוב ותוכנה</td></tr><tr><td>BobCat Cam Config</td><td>Imperx</td><td></td><td>הגדרות מצלמה תוכנה</td></tr><tr><td>CCD מצלמה</td><td>Imperx</td><td>B2340</td><td>4 מגה-פיקסל</td></tr><tr><td>COMSOL</td><td>COMSOL Inc</td><td></td><td>תוכנת דינמיקה מבנית מסחרית לדוגמנות אינטראקציה נוזלית-מבנית</td></tr><tr><td>D646WP סרוו</td><td>Hitec</td><td>36646S</td><td>32 סיביות, דיגיטלי, מומנט גבוה, סרוו עמיד למים לסיבוב גובה הסנפיר</td></tr><tr><td>D840WP סרוו</td><td>Hitec</td><td>36840S</td><td>32 סיביות, רב תכליתי, עמיד למים, סרוו הילוכים מפלדה לסיבוב</td></tr> <tr><td>שבץ הסנפירפיגמנט פלואורסצנטי ורוד חשמלי</td><td>Silc Pig</td><td>PMS812C</td><td></td></tr><tr><td>EverGreen (532 ננומטר כפול פעימה Nd: YAG מערכת לייזר</td>) ראש לייזר <td>קוואנטלי</td><td>EVG00070</td><td>וספק כוח, מתמר כוח 70 mJ</td></tr><tr><td></td><td>ADMET</td><td>SM-10-961</td><td>תא עומס 10 lbf</td></tr><tr><td>FrameLink Express</td><td>Imperx</td><td></td><td>תוכנת לכידת מצלמה</td></tr><tr><td>מסנן פלואורסצנטי Longpass</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td></td><td>560 ננומטר</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td></td><td>תוכנה לניתוח תמונה</td></tr><tr><td>מערבל צנטריפוגלי פלנטרי</td><td>THINKY MIXER</td><td>AR-100</td><td></td></tr><tr><td>תרכובות גומי סיליקון</td><td>Momentive</td><td>RTV615</td><td>Clear PDMS</td></tr><tr><td>Stratasys J750</td><td>Stratasys</td><td></td><td>מדפסת תלת מימד, מכונת</td></tr><tr><td>בדיקה אוניברסלית</td><td>polyjet ADMET</td><td>eXpert 2611</td><td>דגם שולחן</td></tr><tr><td>VeroBlack</td><td>Stratasys</td><td></td><td>חומר מדפסת תלת מימד לבניית התבניות</td></tr><tr><td>חומר מדפסת תלת מימד</td> <td>VeroGray</td><td>Stratasys</td><td></td> לבניית התבניות</tr></tbody></table>

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

Flapping Soft Fin Deformation Modeling using Planar Laser-Induced Fluorescence Imaging

מנגנוני הנעה בהשראת סנפירי מיני דגים שונים נחקרו יותר ויותר, בהתחשב בפוטנציאל שלהם לשיפור יכולות התמרון וההתגנבות במערכות כלי רכב בלתי מאוישים. חומרים רכים המשמשים בממברנות של מנגנוני סנפיר אלה הוכחו כיעילים בהגברת הדחף והיעילות בהשוואה למבנים קשיחים יותר, אך חיוני למדוד ולדגום את העיוותים בממברנות רכות אלה במדויק. מחקר זה מציג זרימת עבודה לאפיון עיוות הצורה התלוי בזמן של סנפירי מתנפנפים תת-ימיים גמישים באמצעות פלואורסצנציה הנגרמת על ידי לייזר מישורי (PLIF). ממברנות סנפיר פולידימתילסילוקסן פיגמנטיות עם נוקשות משתנה (0.38 MPa ו-0.82 MPa) מיוצרות ומורכבות למכלול להפעלה בשתי דרגות חופש: גובה הצליל והגליל. תמונות PLIF נרכשות על פני מגוון של מישורים רוחביים, מעובדות כדי לקבל פרופילי דפורמציה של סנפירים, ומשולבות כדי לשחזר צורות סנפירים מעוותות בתלת-ממד המשתנות בזמן. הנתונים משמשים לאחר מכן כדי לספק אימות בנאמנות גבוהה עבור סימולציות אינטראקציה של מבנה נוזל ולשפר את ההבנה של הביצועים של מערכות הנעה מורכבות אלה.

סנפיר חזה מלאכותי בהשראת דג טרפז יצוק בשני חומרים שונים (PDMS 10:1 ו-20:1, שניהם מעורבבים עם צבע פלואורסצנטי) מתוך תבנית, שלכל אחד מהם הוכנס ספר קשיח בעל קצוות קדמיים לתוך האקורד המוביל (איור 2 ואיור 3). בדיקות מתיחה של שני חומרי הסנפיר (איור 3) הניבו מודולי אלסטי של 0.38 MPa ו-0.82 MPa עבור סנפירי PDMS 20:1 ו-PDMS 10:1, בהתאמה, עם R2 של 0.99 עבור שתי המדידות (ראו איור משלים 2 עבור עקומות המתח-מתח המתאימו...

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.

Propulsive mechanisms inspired by the fins of various fish species have been increasingly researched, given their potential for improved maneuvering and ...

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.

flapping-soft-fin-deformation-modeling-using-planar-laser-induced

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

Mesoscopic הקרינה טומוגרפיה פועלת מעבר לגבולות חדירה של מיקרוסקופיה רקמות חתך פלואורסצנטי. הטכניקה מבוססת על תאורה השלכה רב ותיאור תחבורה פוטון. אנו להדגים ב-vivo כל הגוף 3D להדמיה של המורפוגנזה ה-GFP-לבטא דיסקים דמותי האגף...

Mesoscopic Fluorescence טומוגרפיה עבור In-vivo הדמיה של פיתוח תסיסנית</em

תהליכים תאיים כגון נדידת תאים מסורתי נחקרו על דו מימדי, משטחי פלסטיק נוקשה. דו"ח זה מתאר טכניקה ישירות חזותי לוקליזציה חלבון וניתוח הדינמיקה חלבון בתאי נודדות בתוך מטריצה ​​יותר רלוונטי מבחינה פיזיולוגית תלת מימדי,.

Live-תא הדמיה של תאים מעבר הבעת חלבונים fluorescently-מתויג מטריקס תלת מימדי

אנו מציגים פרוטוקול עבור היישום של interferometric PhotoActivated לוקליזציה מיקרוסקופי (iPALM), שיטה מיקרוסקופית 3 ממדי מולקולה בודדת לוקליזציה סופר רזולוציה, אל ההדמיה של שלד התא יקטין בתאי יונקים חסידים. גישה זו מאפשרת הדמיה מבוססת אור של תכונות מבניות ננו שאחרת נותרו לא פתורים על ידי מיקרוסקופיה אופטית-מוגבל עקיפה קונבנציונלית.

תלת מימדי סופר רזולוציה מיקרוסקופית של סיבים F- אקטין ידי interferometric PhotoActivated לוקליזציה מיקרוסקופית (iPALM)

פרוטוקול זה מתאר את היישום של פירוק הידרוג'ל מונחה תמונה ומבוסס לייזר לייצור רשתות מיקרופלואידיות ביו-נוזליות הנגזרות מכלי דם המוטמעות בהידרוג'לים פולי (אתילן גליקול) דיאקרילט (PEGDA). מערכות מיקרופלואידיות ביומימטיות אלו עשויות להיות שימושיות עבור יישומי הנדסת רקמות, יצירת מודלים של מחלות מבחנה וייצור מכשירים מתקדמים "על שבב".

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

שיטה זו שואפת לאתר פגמים אנכיים תת קרקעיים. כאן, אנו זוג לייזר עם אפנן אור מרחבי ולהפעיל קלט הווידאו שלה לחמם משטח מדגם דטרמיניסטית עם שני קווי אנטי אפקט מודולציה בעת רכישת תמונות תרמית נפתרה מאוד. העמדה פגם הוא נלקח מן הערכת גל הפרעה מינימלית גל.

לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

בפמטושניות בעוצמה גבוהה פולסים של אור לייזר יכול לעבור מחזורי קר עצמית התמקדות ו פלזמה defocusing, הפצת של קרן משנה-millimeter-קוטר אינטנסיבי על פני מרחקים ארוכים. אנו מתארים שיטה להפקת ולשימוש חוטים אלה כדי לבצע הדמיה וחישה מרחוק מעבר לגבולות עקיפה הקלאסית של אופטיקה לינארית.

חוטים לייזר הפמטו-שנייה לשימוש משנה-Diffraction-מוגבלת וחישה מרחוק

פלקסים פחמן בקריוספירה הם בקושי מוערך עדיין אבל הם חיוניים לגבי שינויי האקלים. כאן אנו מראים התקן אב טיפוס הרומן לוכדת את הפוטנציאל phototrophic בסביבות supraglacial מבוסס על לייזר המושרה פליטת זריחה (L.I.F.E.) טכנולוגיה המציעה מידע הרזולוציה גבוהה ספקטרלי ומרחבית בתנאים באתרו.

המושרה לייזר פליטת פלואורסצנטית (L.I.F.E.) ככלי הרומן שאינו פולשני עבור מדידות באתרו של ביוארקרס בבתי גידול קריורוי

הפרוטוקול המוצג כאן מאפשר ייצור אוטומטי של מיקרופטרנים המתקננים את צורת התא כדי לחקור מבנים ציטוסקלטליים בתוך תאי יונקים. טכניקה ידידותית למשתמש זו ניתנת להגדרה עם מערכות הדמיה זמינות מסחרית ואינה דורשת ציוד מיוחד שאינו נגיש למעבדות סטנדרטיות לביולוגיה של התא.

שליטה בגיאומטריית התא באמצעות מיקרופטרנינג בסיוע לייזר אינפרא אדום

ננו-טיפות פרפלואורוקרבון המופעלות אופטית מראות הבטחה ביישומי הדמיה מחוץ למערכת כלי הדם. מאמר זה ידגים כיצד לסנתז חלקיקים אלה, להצליב פנטום פוליאקרילאמיד ולווסת את הטיפות באופן אקוסטי כדי לשפר את האות שלהם.

נוסחה ואפנון אקוסטי של ננו-טיפות פרפלואורוקרבון שעברו אידוי אופטי

פרוטוקול זה מציג מדריך שלב אחר שלב לטכניקה המיקרוסקופית של אוטופלואורסצנציה רב-הרמונית (SLAM) סימולטנית, כולל פרטים כיצד ליצור את מקור אור הלייזר, להכין דגימת רקמה, לבצע הדמיה ולנתח את הנתונים. SLAM מקדם מיקרוסקופיה לא ליניארית על ידי מדידת ארבעה ניגודים משלימים ללא תוויות כדי לחקור את המיקרו-סביבה של הרקמה.

מיקרוסקופיה רב-הרמונית אוטופלואורסצנטית בו-זמנית ללא תוויות

מתואר תהליך לרכישת מטרולוגיה כמעט בזמן אמת של חרוזי ריתוך והכנת הגיאומטריה המתקבלת באופן אוטומטי לניתוח אלמנטים סופיים.

לכידת גיאומטריה אוטומטית מבוססת לייזר לניתוח אלמנטים סופיים של חרוזי ריתוך

חקור מדידת דפורמציות תלת-ממדיות בסנפירים רכים מ-PDMS באמצעות פלואורסצנציה מושרית לייזר מישורי. שיטה זו מאפשרת אימות מודלים חישוביים ושיפור עיצוב כלי שיט תת-ימיים.

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

גלה סרטונים נוספים