Een protocol voor Bioinspired Design: Een Ground Sampler Op basis van Sea Urchin Jaws

Het doel van dit protocol is om de natuurlijke structuur van de mond van de zee-egel, de lantaarn van Aristoteles, te onderzoeken om een prototype voor sedimentmonsters te ontwikkelen met behulp van technische analyse om de toepassing van biologische kenmerken in bio-geïnspireerde ontwerpen te testen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van bio-geïnspireerd ontwerp. Specifiek waarom een kielstructuur van de tanden zich bij zee-egels ontwikkelde en hoe deze nuttig kan zijn voor sedimentmonsters.

Het grote voordeel van deze techniek is dat het een algemeen kader biedt voor bio-geïnspireerde ontwerponderzoeken van verschillende natuurlijke structuren. Andere dergelijke structuren zijn onder meer de staart van de zeepaardje, de schubben van de koffervis en de stekels van de stekelbaars. De implicaties hiervan maken dat verbetering een gepatenteerde oppervlakte-exploratie is, omdat minerale palen voorzien zijn van bio-spar sedimentmonsters die efficiënt kleine monsters kunnen verzamelen.

Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn in deze methode worstelen omdat doelstellingen voor elk bio-geïnspireerd protocol zullen variëren afhankelijk van het type natuurlijke structuur dat wordt onderzocht. Na het ontdooien van de zee-egel, zet hem op voor dissectie met de punten van de tanden omhoog. En begin met het wegsnijden van het bindweefsel rond de omtrek van de lantaarn van Aristoteles.

Trek vervolgens voorzichtig de lantaarn eruit en spoel deze af met stromend gedistilleerd water. Gebruik een pincet om restantweefsel aan de buitenkant te verwijderen en open voorzichtig de lantaarn om de tanden te verwijderen. Of, een gedroogd lantaarn dat opnieuw met water wordt gespoeld, valt uit elkaar om gemakkelijker toegang tot de tanden te krijgen.

Pak nu een tand en dompel hem voorzichtig onder in een buis met vers bereid epoxy. Plaats de gebogen concave kant naar boven en laat de tand niet de buiswand raken. Laat het epoxy vervolgens 24 uur bij kamertemperatuur uitharden.

De volgende dag gebruikt u een snijschuur om het epoxy rond de tand tot ongeveer één kubieke centimeter te verwijderen. Schuur vervolgens het monster in één richting gedurende vijf minuten met een stuk grof schuurpapier nummer 125 of hoger en met lichte druk. Verander geleidelijk naar steeds fijner schuurpapier, tot nummer 2400.

Zorg ervoor dat u het monster voor elk schuurpapier voor elke korrel 90 graden draait. Gebruik indien nodig een microscoop om te controleren of het schuren altijd in dezelfde richting is voor elke korrel schuurpapier. Na het schuren bevochtigt u een microdoek met een half micron aluminiumpolijst in water met 50 procent per volume.

Wrijf vervolgens vijf minuten heen en weer over het monster. Na het polijsten gebruikt u stofvrijden tissue om het monster schoon te maken en wikkelt u het vervolgens in hetzelfde papier voor opslag. Karakteriseer vervolgens de microstructuur van de tand met behulp van rasterelektronenmicroscopie.

Na het aanbrengen van een sputtercoating, neemt u 250 tot 500x micrografie-afbeeldingen van het monster. Maak vervolgens microcomputed tomografiescans van de hele roze zee-egel en de vers gedissekteerde lantaarn van Aristoteles. Plaats de monsters op een bevochtigd weefsel wanneer ze zich in de beeldvormingskamer bevinden.

Voor het lichaam, scant u met een isotropisch voxelformaat van 36 microns bij 100 piek kilovoltage en 100 milliampère. Voor de lantaarn, scant u met een isotropisch voxelformaat van ongeveer negen microns bij 70 piek kilovoltage en 141 milliampère. Gebruik voor beide een aluminiumfilter van één punt nul millimeter.

Met behulp van micro CT-scans en CAD-modellering werd een bio-geïnspireerd ontwerp geproduceerd met vijf gebogen tanden met een hoogte van zes centimeter en een diameter van acht centimeter voor de gesloten lantaarn, die vijf keer groter is dan de natuurlijke lantaarn van Aristoteles. Produceer voor elk onderdeel van de bio-geïnspireerde kaak STL-bestanden voor 3D-printen. Bereid de 3D-printer voor door eerst acrylonitrilbutadieenstyreen plastic en ondersteunende plastic materiaalcartridges te laden.

Plaats vervolgens de modelleringsbasis op het z-platform door eerst de lipjes op de basis uit te lijnen met de sleuven in de lade. Open nu de STL-bestandsdelen en volg de stappen op het scherm om individuele lantaarnonderdelen tegelijk te oriënteren en af te drukken. Hier wordt een voorbeeld getoond voor het 3D-printen van een gewrichtsarm.

Na het afdrukken van de bestanden, los de modelleringsbasis los van de lipjes en schuif de basis uit de printer langs de ladegeleiders. Gebruik vervolgens een metalen spatel om de gedrukte onderdelen van de basis te prijzen. Zodra ze losgekoppeld zijn, plaatst u de gedrukte onderdelen in een verwarmd basisbad tot het ondersteunende plastic materiaal is opgelost.

Bevestig nu elke tand aan een gewrichtsarm met een scharnierstaaf met e-retentieringen aan beide kanten en monteer de bio-geïnspireerde lantaarn van Aristoteles. Gebruik het CAD-bestand voor de bio-geïnspireerde tand om een ​​eindige elementenmodelleringsspanningsanalysetest uit te voeren. Open eerst het bestand.

Start een nieuwe studie. En kies om een statisch test met een vaste geometrie uit te voeren. Klik vervolgens op de interfaces om bevestigingen toe te voegen aan de montagegaten waar de pennen zullen gaan. Stel vervolgens de kracht van de externe belastingen in. Klik op de tandenslijptipgezichten om een kracht van 45 Newton op de randen toe te passen. Stel nu de zwaartekracht in.

Geef in de bovenste platte instelling aan dat de zwaartekracht normaal op het vlak moet worden toegepast. Maak vervolgens een mesh op het ontwerpoppervlak en stel de meshdichtheid in op fijn. Voer nu de test uit om te vergelijken tussen een tand met en zonder kiel.

Een gekleurde schaal toont de gebieden met de hoogste spanning. Niet-invasieve beeldvorming van de zee-egeltand en de lantaarn van Aristoteles waren cruciaal bij het produceren van een bio-geïnspireerd on