تم تمويل هذه الدراسة من قبل مكتب تقنيات الطاقة المائية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE). أجريت الدراسات المختبرية في المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ ، الذي تديره باتيل لصالح وزارة الطاقة بموجب العقد DE-AC05-76RL01830.

1. تغليف الحمض / القاعدة
<ol><li>امزج نسبة 1: 2 بوزن H 2 C2O4 (حمض الأكساليك) و NaHCO3 (بيكربونات الصوديوم) في كوب خلط (انظر جدول المواد). إذا تبلور مزيج المسحوق الحمضي القاعدي ، فقم بطحنه باستخدام ملاط ومدقة (الشكل 1 أ).</li>
	<li>استرجع كبسولات الخضروات بحجم 3 وآلة تعبئة الكبسولات شبه الأوتوماتيكية لبدء العملية (انظر جدول المواد).</li>
	<li>ضع ورقة الغطاء بشكل مسطح على سطح نظيف وجاف. قم بمحاذاة ورقة التغليف أعلى ورقة الغطاء باستخدام الأوتاد السوداء لتثبيتها بشكل صحيح في مكانها (الشكل 1 ب).</li>
	<li>افصل قمم الكبسولات وقيعانها ، ما لم تستخدم كبسولات منفصلة مسبقا. حجم كبسولات الخضار #3 ، عند إغلاقها ، لها أبعاد كلية يبلغ طولها 15.9 مم ، وقطرها الخارجي 5.57 مم (OD) ، وحجمها 0.30 مل ، وتزن 47 مجم.</li>
	<li>صب قمم الكبسولة في ورقة التغليف (الشكل 1C). هز بلطف قمم في الثقوب بحركة دائرية. أثناء القيام بذلك ، قم بتغطية الفجوة الموجودة في جدار ورقة التغليف بيد واحدة أو مفرشة مسحوق لتجنب انسكاب القمم (الشكل 1 د).<ol><li>بمجرد ملء الثقوب ، صب قمم الكبسولات الزائدة في كوب نظيف (الشكل 1E). حدد أي قمم كبسولة مقلوبة وقلبها (الشكل 1F). تأكد من أن جميع قمم الكبسولات تواجه الاتجاه الصحيح في ورقة الغطاء. من المهم ضمان التوجيه الصحيح ، حيث قد تؤدي المحاذاة غير الصحيحة إلى عدم ارتباط قمم الكبسولات بشكل صحيح مع قيعان الكبسولة.</li>
	</ol></li>
	<li>قم بإزالة ورقة التغليف وتوضع جانبا ورقة الغطاء المملوءة.</li>
	<li>أخرج الجسم أو الورقة "السفلية". ضعه على سطح نظيف وجاف ومستو. ثبت ورقة التغليف على الورقة السفلية ، مما يضمن المحاذاة المناسبة من خلال استخدام الأوتاد السوداء لوضعها بشكل صحيح في مكانها.</li>
	<li>صب قيعان الكبسولة في ورقة التغليف ورجها كما كان من قبل بحركة دائرية لملء الثقوب. صب قيعان الكبسولة الزائدة. حدد أي قيعان كبسولة مقلوبة رأسا على عقب واقلبها.</li>
	<li>قم بإزالة ورقة التغليف من الورقة السفلية وضعها جانبا.</li>
	<li>صب خليط مسحوق الحمض / القاعدة على الورقة السفلية المملوءة (الشكل 1 ج). استخدم مفرشة بلاستيكية لملء قيعان الكبسولة بالمسحوق (الشكل 1H). تأكد من ملء جميع قيعان الكبسولة (الشكل 1I). قم بإزالة أي مسحوق حمضي / أساسي غير مستخدم.</li>
	<li>ضع ورقة الغطاء على سطح مستو وضع الورقة الوسطى في الأعلى ، وقم بمحاذاتها مع الأوتاد السوداء لضمان الملاءمة الصحيحة. تأكد من محاذاة جميع قمم الكبسولة مع الثقوب المقابلة في الورقة الوسطى.</li>
	<li>اقلب ورقة الغطاء بالورقة الوسطى الملصقة وقم بمحاذاتها مع الورقة السفلية المملوءة (الشكل 1J).</li>
	<li>اضغط برفق على ورقة الغطاء بالتساوي من جميع الجوانب لربط القمم والقيعان ، مع تركيب جانبي الكبسولة معا (الشكل 1K).</li>
	<li>قم بإزالة ورقة الغطاء والورقة الوسطى من الورقة السفلية. في هذه المرحلة ، يجب ربط قيعان وقمم الكبسولة معا بشكل صحيح.<ol><li>تحقق من أن كل كبسولة أعلى وأسفل مثبتة بإحكام ؛ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فاضغط يدويا على أعلى وأسفل الكبسولة معا لإنشاء نوبة ضيقة. قم بإزالة الكبسولات المملوءة ووضعها في حاوية محكمة الإغلاق وقابلة للغلق (الشكل 1L). ملاحظة: للتعامل الآمن ، من الضروري للمستخدمين ارتداء معدات الحماية الشخصية (PPE) وحماية الوجه. يجب ضمان التهوية الكافية ، ويجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب الابتلاع والاستنشاق والتلامس مع المادة على الجلد أو العينين أو الملابس. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم منع توليد الغبار. للحصول على معلومات مفصلة بشأن السلامة ، يرجى الرجوع إلى صحيفة بيانات السلامة (SDS) لحمض الأكساليك وبيكربونات الصوديوم. للحفاظ على سلامة الكبسولات الحمضية / القاعدية ، ينصح بتخزينها بعيدا عن أشعة الشمس المباشرة والرطوبة العالية. قم بتخزين الكبسولات غير المستخدمة في حاوية محكمة الإغلاق. طالما أن الكبسولات تبقى جافة وخالية من الرطوبة ، يمكن استخدامها بفعالية لضمان الأداء الوظيفي الأمثل.</li>
	</ol></li>
</ol>2. تصنيع سدادة السيليكون
<ol><li>باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لنمذجة الترسيب المنصهر (FDM) (انظر جدول المواد) ، اطبع لوحة قالب باستخدام ملف STL المقدم في الملف التكميلي 1.</li>
	<li>ضع شريط تغليف شفاف على الجانب السفلي من لوحة القالب بحيث يتم إغلاق كل فتحة (الشكل 2 أ).</li>
	<li>امزج نسبة 1: 1 بالوزن (على سبيل المثال ، 50 جم لكل من الجزء أ والجزء ب) من مادة قالب السيليكون المتاحة تجاريا في كوب خلط (انظر جدول المواد). باستخدام ملعقة يمكن التخلص منها ، اخلطي المركب الكيميائي جيدا لمدة 5 دقائق تقريبا ، أو حتى يصبح موحدا.</li>
	<li>ضع لوحة القالب مع شريط التعبئة فوق قطعة من الورق. سوف يلتقط الورق أي انسكاب سيليكون محتمل من لوحة القالب.</li>
	<li>ابدأ في صب خليط السيليكون في كل فتحة سدادة ، مع التأكد من ملئها جميعا (الشكل 2 ب). استخدم ممسحة مطاطية لنشر السيليكون في كل فتحة سدادة (الشكل 2C). قم بإزالة خليط السيليكون المتبقي من سطح لوحة القالب.</li>
	<li>دع السدادات المطاطية تجف لمدة 4 ساعات. بعد التأكد من أن السدادات قد شفيت تماما (على سبيل المثال ، جف خليط السيليكون تماما وتصلب) ، قم بإزالة الشريط من الجزء الخلفي من لوحة القالب (الشكل 2 د) ، ثم ابدأ في سحب السدادات من القالب (الشكل 2 ه).</li>
	<li>قم بإزالة أي سيليكون زائد متصل بالسدادات (الشكل 2F).</li>
</ol>3. تجميع علامة البالون
<ol><li>أدخل أداة الثقب بعناية (على سبيل المثال ، معول الأسنان المستقيم) في سدادة السيليكون (الشكل 3 أ) (انظر جدول المواد). أدخل أداة الثقب في إبرة حقنة 15 جم ثم قم بإزالة أداة الثقب من سدادة السيليكون ، مع ترك إبرة 15 جم فقط بالداخل (الشكل 3 ب). ستقوم أداة الثقب بإنشاء شق داخل سدادة السيليكون دون قطع أو إزالة أي مادة.</li>
	<li>قطع قطعة من خط الصيد 50 رطلا (انظر جدول المواد) بطول 150 مم. أدخل خط الصيد من خلال إبرة حقنة 15 G وفي سدادة السيليكون (الشكل 3C).<ol><li>أثناء إمساك السدادة وخط الصيد معا بعناية ، قم بإزالة إبرة المحقنة 15 جم من جسم السدادة ، وترك خط الصيد داخل السدادة (الشكل 3 د). تأكد من أن أطوال خط الصيد متساوية على جانبي السدادة.</li>
	</ol></li>
	<li>أدخل كبسولتين مملوءتين بالحمض / مسحوق القاعدة في بالون لاتكس (الشكل 3E) (انظر جدول المواد). قم بتوسيع فتحة البالون باستخدام أداة توسيع الشريط المطاطي (أي كماشة شريط الإخصاء) ثم أدخل سدادة سيليكون واحدة بعناية في فتحة البالون (الشكل 3F) ، تاركا طرفي خط الصيد خارج البالون.</li>
	<li>ضع حلقتين على شكل حرف O (عرض 1.6 مم ، معرف 8.1 مم ، انظر جدول المواد) على أداة توسيع الشريط المطاطي وقم بتوسيعهما. أدخل عنق بالون اللاتكس من خلال حلقتي O الموسعتين (الشكل 3G). اسحب الحلقتين O بعناية بعيدا عن أداة توسيع الشريط المطاطي ، واتركهما ملفوفين بإحكام حول عنق البالون ، في منتصف السدادة (الشكل 3H).</li>
</ol>4. مرفق علامة البالون بأغطية الأسماك المستشعر
<ol><li>ضع أحد طرفي خط الصيد من خلال أحد الثقوب الصغيرة في غطاء Sensor Fish (انظر جدول المواد) وقم بإحضاره من خلال الفتحة الكبيرة في وسط الغطاء (الشكل 4 أ).</li>
	<li>اربط طرفي خط الصيد معا ، تاركا حوالي 13 إلى 26 مم بين الجزء العلوي من الغطاء وقاعدة البالون. استخدم أربع عقد علوية فوق بعضها البعض عند ربط خط الصيد.</li>
	<li>اترك خيط الصيد الإضافي متصلا ، لأن قطعه قريبا جدا من العقدة قد يتسبب في فك العقدة (الشكل 4 ب).</li>
	<li>اختبر العقدة عن طريق الإمساك بخط الصيد على كل جانب من جوانب العقدة بالأصابع وسحبها بأقصى قوة ممكنة. كن حذرا حتى لا تقترب كثيرا من البالون ، لأنه قد يمزق خيط الصيد عن غير قصد من خلال السدادة المطاطية.</li>
</ol>

تحسين تجميع علامة البالون لاستعادة أسماك الاستشعار والأسماك الحية

<ol>
	<li>Uria-Martinez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U.S.+Hydropower+Market+Report.">U.S. Hydropower Market Report.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2021).</li><li>Kao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+stream-reach+development:+a+comprehensive+assessment+of+hydropower+energy+potential+in+the+United+States.">New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States.</a> Oak Ridge National Laboratory. , (2014).</li><li>Martinez, J. J., Deng, Z. D., Mueller, R., Titzler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+the+biological+performance+of+a+Francis+turbine+retrofitted+with+a+modular+guide+vane.">In situ characterization of the biological performance of a Francis turbine retrofitted with a modular guide vane.</a> Applied Energy. 276, 115492 (2020).</li><li>&#268;ada, G. l. e. n. n. . F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+advanced+hydroelectric+turbines+to+improve+fish+passage+survival.">The development of advanced hydroelectric turbines to improve fish passage survival.</a> Fisheries. 26, 14-23 (2001).</li><li>Tuononen, E. I., Cooke, S. J., Timusk, E. R., Smokorowski, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extent+of+injury+and+mortality+arising+from+entrainment+of+fish+through+a+Very+Low+Head+hydropower+turbine+in+central+Ontario,+Canada.">Extent of injury and mortality arising from entrainment of fish through a Very Low Head hydropower turbine in central Ontario, Canada.</a> Hydrobiologia. 849, 407-420 (2020).</li><li>Deng, Z., Carlson, T. J., Duncan, J. P., Richmond, M. C., Dauble, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+an+autonomous+sensor+to+evaluate+the+biological+performance+of+the+advanced+turbine+at+Wanapum+Dam.">Use of an autonomous sensor to evaluate the biological performance of the advanced turbine at Wanapum Dam.</a> Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2, 053104 (2010).</li><li>Martinez, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+and+biological+characterization+of+a+large+Kaplan+turbine.">Hydraulic and biological characterization of a large Kaplan turbine.</a> Renewable energy. 131, 240-249 (2019).</li><li>Zhiqun Deng, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six-degree-of-freedom+sensor+fish+design+and+instrumentation.">Six-degree-of-freedom sensor fish design and instrumentation.</a> 7, 3399-3415 (2007).</li><li>Deng, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+a+new+autonomous+sensor+fish+to+support+advanced+hydropower+development.">Design and implementation of a new autonomous sensor fish to support advanced hydropower development.</a> Review of Scientific Instruments. 85, 115001 (2014).</li><li>Deng, Y., Jia, Y., Haoran, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+ionicity+and+chain+structure+on+the+physicochemical+properties+of+protic+ionic+liquids.">Effects of ionicity and chain structure on the physicochemical properties of protic ionic liquids.</a> AIChE Journal. 66 (10), e16982 (2020).</li><li>Salalila, A., Deng, Z. D., Martinez, J. J., Lu, J., Baumgartner, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+fish-friendly+self-cleaning+horizontal+irrigation+screen+using+autonomous+sensors.">Evaluation of a fish-friendly self-cleaning horizontal irrigation screen using autonomous sensors.</a> Marine and Freshwater Research. 70, 1274-1283 (2019).</li><li>Martinez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+characterization+of+turbine+hydraulic+environment+to+support+development+of+fish-friendly+hydropower+guidelines+in+the+lower+Mekong+River+region.">In situ characterization of turbine hydraulic environment to support development of fish-friendly hydropower guidelines in the lower Mekong River region.</a> Ecological engineering. 133, 88-97 (2019).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., D'Allesandro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+assessing+fish+passage+survival+at+hydro+power+stations.">A new technique for assessing fish passage survival at hydro power stations.</a> International Atomic Energy Agency. , (1993).</li><li>Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+reliable+tag-recapture+technique+for+estimating+turbine+passage+survival:+application+to+young-of-the-year+American+shad+(Alosa+sapidissima).">A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima).</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49 (9), 1826-1834 (1992).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Euston, E. T., Skalski, J. R., Hays, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine+passage+survival+estimation+for+chinook+salmon+smolts+(Oncorhynchus+tshawytscha)+at+a+large+dam+on+the+Columbia+River.">Turbine passage survival estimation for chinook salmon smolts (Oncorhynchus tshawytscha) at a large dam on the Columbia River.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 53 (3), 542-549 (1996).</li><li>Mathur, D., Heisey, P. G., Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbine-passage+mortality+of+juvenile+American+shad+at+a+low-head+hydroelectric+dam.">Turbine-passage mortality of juvenile American shad at a low-head hydroelectric dam.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 123 (1), 108-111 (1994).</li><li>Watson, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safe+passage+of+American+Eels+through+a+novel+hydropower+turbine.">Safe passage of American Eels through a novel hydropower turbine.</a> Transactions of the American Fisheries Society. 151, 711-724 (2022).</li><li>Al-Tabakha, M. o. a. w. i. a. . M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+capsule+shell+composition+on+the+performance+indicators+of+hypromellose+capsule+in+comparison+to+hard+gelatin+capsules.">Influence of capsule shell composition on the performance indicators of hypromellose capsule in comparison to hard gelatin capsules.</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (10), 1726-1737 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydropower+Vision.">Hydropower Vision.</a> U.S. Department of Energy. , (2016).</li><li>Duncan, J. o. a. n. n. e. . P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+ecological+evaluation+of+a+fish-friendly+surface+spillway.">Physical and ecological evaluation of a fish-friendly surface spillway.</a> Ecological Engineering. 110, 107-116 (2018).</li><li>Trumbo, B. r. a. d. l. y. . A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+hydroturbine+pressures+to+enhance+salmon+passage+survival+and+recovery.">Improving hydroturbine pressures to enhance salmon passage survival and recovery.</a> Reviews in fish biology and fisheries. 24, 955-965 (2014).</li><li>Pohanish, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sittig's handbook of toxic and hazardous chemicals and carcinogens. , (2017).</li><li>U.S. Food and Drug Administration. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CFR - Code of Federal Regulations Title 21. , (1994).</li></ol>

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

وخلصت هذه الدراسة إلى أن علامات البالون ثلاثية الكبسولات المحقونة ب 5 مل من الماء عند 18.3 درجة مئوية كان لها وقت تضخم بداية أبطأ وحجم أكبر باستمرار مقارنة بعلامات البالون ثنائية الكبسولة وأربع كبسولات. عندما تم حقن علامات البالون بالماء عند 12.7 درجة مئوية ، كان متوسط الحجم أصغر ، وكان وقت ال?...

الطاقة الكهرومائية هي مورد كبير للطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم. في الولايات المتحدة ، تساهم الطاقة الكهرومائية بما يقدر بنحو 38٪ أو 274 تيراواط ساعة من الكهرباء المولدة من مصادر متجددة1 ولديها القدرة على إضافة ما يقرب من 460 تيراواط ساعة سنويا2. ومع ذلك ، مع زيادة تطوير الطاقة الكهرومائية ، أصبحت المخاوف بشأن إصابة الأسماك ونفوقها أثناء المرور الهيدروليكي ذات أهمية قصوى3. تساهم آليات مختلفة في إصابات الأسماك أثناء المرور ، بما في ذلك تخفيف الضغط السريع (الرضح الضغطي) ، وإجهاد القص ، والاضطراب ، والضربات ، والتجويف ، والطحن4. على الرغم من أن آليات الإصابة هذه قد لا يكون لها تأثير فوري على الحالة العامة للأسماك ، إلا أنها يمكن أن تجعلها أكثر عرضة للأمراض والالتهابات الفطرية والطفيليات والافتراس5. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي الإصابات الجسدية المباشرة الناتجة عن الاصطدامات مع التوربينات أو الهياكل الهيدروليكية الأخرى إلى وفيات كبيرة ، مما يؤكد أهمية التخفيف من هذه المخاطر في تطوير الطاقة الكهرومائية.
واحدة من أكثر الطرق شيوعا لتقييم ظروف مرور الأسماك هي إطلاق أسماك الاستشعار والأسماك الحية من خلال الهياكل الهيدروليكية 6,7. Sensor Fish هو جهاز مستقل مصمم لدراسة الظروف المادية التي تواجهها الأسماك أثناء المرور عبر الهياكل الهيدروليكية ، بما في ذلك التوربينات والممرات وبدائل تجاوز السدود 8,9. مجهزة بمقياس تسارع ثلاثي الأبعاد ، جيروسكوب ثلاثي الأبعاد ، مستشعر درجة الحرارة ، ومستشعر ضغط9 ، توفر Sensor Fish بيانات قيمة عن ظروف مرور الأسماك.
تساعد علامات البالون ، وهي بالونات ذاتية النفخ متصلة خارجيا بأسماك الاستشعار والأسماك الحية ، في استعادتها بعد المرور عبر الهياكل الهيدروليكية. تتكون علامات البالون من كبسولات قابلة للذوبان مملوءة بمواد كيميائية مولدة للغاز (مثل حمض الأكساليك وبيكربونات الصوديوم) ، وسدادة سيليكون ، وخيط صيد. قبل النشر ، يتم حقن الماء من خلال سدادة السيليكون في البالون. يذيب الماء الكبسولات النباتية ، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي ينتج عنه غاز ينفخ البالون. في تفاعل التعادل هذا، تتفاعل بيكربونات الصوديوم، وهي قاعدة ضعيفة، وحمض الأكساليك، وهو حمض ضعيف، لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء وأكسالات الصوديوم10. يتم توفير التفاعل الكيميائي أدناه:
2NaHCO3+ H 2C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2 O4
يزيد البالون المنفوخ من طفو أسماك الاستشعار والأسماك الحية ، مما يمكنها من الطفو على سطح الماء لتسهيل الاسترداد.
قد يختلف عدد علامات البالون المطلوبة لتحقيق التعويم وتسهيل استرجاع العينة (على سبيل المثال ، أسماك الاستشعار أو الأسماك الحية) بناء على حجم وخصائص كتلة العينة. يمكن تعديل مدة تضخم علامة البالون عن طريق حقن الماء في درجات حرارة مختلفة. سيزيد الماء البارد من وقت التضخم ، بينما يقلل الماء الأكثر دفئا من ذلك. تم استخدام علامات البالون بنجاح في مواقع مختلفة ، بما في ذلك شاشة المزارعين ، وهي عبارة عن هيكل أفقي فريد من نوعه للأسماك والحطام في نهر هود ، أوريغون11 ، وتوربينات فرانسيس في سد نام نغوم في جمهورية لاو الديمقراطيةالشعبية 12. مثال آخر على علامة البالون المتاحة تجاريا هو Hi-Z Turb'N Tag13,14. تسمح علامة Hi-Z Turb'N Tag بتعديل وقت النفخ بين 2 دقيقة و 60 دقيقة ، اعتمادا على درجة حرارة الماء المحقون13. تم استخدام هذه التقنية في دراسات الأسماك في العديد من المواقع الميدانية ، بما في ذلك الدراسات التي شملت أسماك السلمون من طراز شينوك التي تم إطلاقها في سد روكي ريتش على نهر كولومبيا والشاد الأمريكي اليافع في سد هادلي فولز على نهر كونيتيكت15،16. تستخدم كلتا التقنيتين التفاعلات الكيميائية الحمضية القاعدية لتضخيم علامات البالون للتعافي.
توفر هذه الطريقة فعالية من حيث التكلفة وبساطة في التصنيع ، مع تكلفة مادية تقديرية تبلغ 0.50 دولار فقط لكل بالون. كما هو موضح هنا ، من السهل متابعة عملية التصنيع ، مما يجعل إنتاج علامة البالون في متناول أي شخص.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printed Silicone Stopper Plate</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARC800 Sensor Fish</td>
			<td>ATS</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM 3D printer</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3)</td>
			<td>Capsulcn</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold Star 15 SLOW</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil-Resistant Buna-N O-Ring</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>SN: 9262K141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4)&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>CAS: 144-62-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Band Expansion Tool</td>
			<td>iplusmile</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3)</td>
			<td>Capsule Connection</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiley Face YoYo Latex balloon</td>
			<td>YoYo Balloons, Etc.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3)&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>CAS: 144-55-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.)</td>
			<td>Power Pro</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

balloon tag manufacturing technique for sensor fish and live fish recovery

قد تتعرض الأسماك للإصابات والوفيات عندما تمر عبر وسائل النقل الهيدروليكية في سدود الطاقة الكهرومائية ، حتى لو كانت هذه وسائل النقل مصممة لتكون صديقة للأسماك ، مثل أنظمة تجاوز المصب ، والممرات والتوربينات المعدلة. تتضمن الطرق الرئيسية المستخدمة لدراسة ظروف مرور الأسماك في الهياكل الهيدروليكية الاختبار المباشر في الموقع باستخدام تقنية Sensor Fish والأسماك الحية. تساعد بيانات الأسماك المستشعرة في تحديد الضغوطات الجسدية ومواقعها في بيئة مرور الأسماك ، بينما يتم تقييم الأسماك الحية بحثا عن الإصابات والوفيات. تساعد علامات البالونات ، وهي بالونات ذاتية النفخ متصلة خارجيا بأسماك الاستشعار والأسماك الحية ، في استعادتها بعد مرورها عبر الهياكل الهيدروليكية.
تركز هذه المقالة على تطوير علامات البالون بأعداد متفاوتة من الكبسولات النباتية القابلة للذوبان التي تحتوي على خليط من حمض الأكساليك ومساحيق بيكربونات الصوديوم والماء عند درجتي حرارة مختلفتين. حدد بحثنا أن علامات البالون التي تحتوي على ثلاث كبسولات ، والتي يتم حقنها ب 5 مل من الماء عند 18.3 درجة مئوية ، حققت باستمرار حجم البالون المطلوب. كان متوسط حجم التضخم لهذه العلامات 114 سم 3 مع انحراف معياري قدره 1.2 سم3. من بين علامات البالون المحقونة بالماء عند 18.3 درجة مئوية ، لوحظ أن علامات البالون المكونة من كبسولتين استغرقت أطول وقت للوصول إلى التضخم الكامل. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت علامات البالون المكونة من أربع كبسولات وقت بدء تضخم أسرع ، بينما أظهرت علامات البالون ثلاثية الكبسولات وقت بدء انكماش أسرع. بشكل عام ، يثبت هذا النهج فعاليته في التحقق من أداء التقنيات الجديدة ، وتحسين تصميم التوربينات ، واتخاذ القرارات التشغيلية لتعزيز ظروف مرور الأسماك. إنه بمثابة أداة قيمة للبحث والتقييمات الميدانية ، مما يساعد في تحسين كل من تصميم وتشغيل الهياكل الهيدروليكية.

Hydropower is a significant renewable energy resource worldwide. In the United States, hydropower contributes an estimated 38% or 274 TWh of electricity generated from renewable sources1 and has the potential to add approximately 460 TWh per year2. However, as hydropower development increases, concerns about fish injury and mortality during hydraulic passage have become paramount3. Various mechanisms contribute to fish injuries during passage, including rapid decompression (barotrauma), shear stress, turbulence, strikes, cavitation, and grinding4. Although these injury mechanisms may not have an immediate impact on the overall condition of the fish, they can render them more vulnerable to diseases, fungal infections, parasites, and predation5. Additionally, direct physical injuries resulting from collisions with turbines or other hydraulic structures can lead to significant mortality, emphasizing the importance of mitigating these risks in hydropower development.
One of the most common methods for evaluating fish passage conditions is releasing Sensor Fish and live fish through hydraulic structures6,7. The Sensor Fish is an autonomous device designed to study the physical conditions that fish experience during passage through hydraulic structures, including turbines, spillways, and dam bypass alternatives8,9. Equipped with a 3D accelerometer, 3D gyroscope, temperature sensor, and pressure sensor9, the Sensor Fish provides valuable data on fish passage conditions.
Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, assist in their recovery after passing through hydraulic structures. The balloon tags consist of dissolvable capsules filled with gas-generating chemicals (e.g., oxalic acid and sodium bicarbonate), a silicone stopper, and a fishing line. Prior to deployment, water is injected through the silicone stopper into the balloon. The water dissolves the vegetable-based capsules, triggering a chemical reaction that produces gas&#160;inflating the balloon. In this neutralization reaction, sodium bicarbonate, a weak base, and oxalic acid, a weak acid, react to form carbon dioxide, water, and sodium oxalate10. The chemical reaction is provided below:
2NaHCO3+ H2C2O4 &#8594; 2CO2 + 2H2O + Na2C2O4
The inflated balloon increases the buoyancy of the Sensor Fish and live fish, enabling them to float on&#160;the water surface for easier recovery.
The number of balloon tags required to achieve flotation and facilitate the retrieval of a sample (e.g., Sensor Fish or live fish) may vary based on the volume and mass characteristics of the sample. The duration of balloon tag inflation can be adjusted by injecting water at different temperatures. Colder water will increase the inflation time, while warmer water will decrease it. Balloon tags have been successfully employed in various locations, including the Farmers Screen, a unique horizontal, flat-plate fish and debris screen structure in Hood River, Oregon11, and a Francis turbine at Nam Ngum Dam in the Lao People&#39;s Democratic Republic12. Another commercially available balloon tag example is the Hi-Z Turb&#39;N Tag13,14. The Hi-Z Turb&#39;N Tag allows inflation time to be adjusted between 2 min and 60 min, depending on the injected water temperature13. This technology has been used in fish studies at many field sites, including studies involving Chinook salmon smolts released at Rocky Reach Dam on the Columbia River and juvenile American shad at Hadley Falls Dam on the Connecticut River15,16. Both technologies utilize acid-base&#160;chemical reactions to inflate the balloon tags for recovery.
This method offers cost-effectiveness and simplicity in manufacturing, with an estimated material cost of only $0.50 per balloon. As described here, the manufacturing process is easy to follow, making balloon tag production accessible to anyone.

تسليط الضوء على المؤلف: تطوير علامات بالون فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتخصيص لدراسات مرور الأسماك 

تقنية تصنيع علامة البالون لاستعادة الأسماك المستشعرة والأسماك الحية

This research focuses on developing and evaluating cost-effective balloon tags for fish passage studies and hydraulic structures. Our aim is to assess the effectiveness of different balloon tag configurations for the recovery of sensor fish and live fish after they pass through these hydraulic structures. The balloon tag protocol we developed offer a cost effectiveness, customizability, and adjustable inflation times.It is a low-cost solution for large scale studies with limited budgets. It helps to understand the impact of hydraulic structures on fish and can be tailored to different species and environments. We have developed a cost-effective balloon tag manufacturing process.This will enhance our understanding of balloon tag performances under different conditions, enabling tailored testing and facilitating environmental impact assessments for developing and operating fish-friendly hydropower systems.

تم إجراء دراسة لتحديد الطرق المثلى لتصنيع بطاقات البالون ، مع التركيز على حجم ودرجة حرارة الماء المحقون في البالون. فحصت الدراسة معايير المدخلات المختلفة ، بما في ذلك وقت بدء التضخم ، ووقت التضخم الكامل ، ووقت بدء الانكماش ، وحجم البالون عند التضخم الكامل. أجريت الدراسة في مكتب مع درجة حرا...

Watch this Scientific Journal Video about Developing Cost-Effective and Customizable Balloon Tags for Fish Passage Studies at JoVE.com

يتم تقديم بروتوكول لتصميم وتصنيع علامات البالون لاستعادة أسماك الاستشعار والأسماك الحية ، مما يسمح بتقييم حالتها الفيزيائية وأدائها البيولوجي في الهياكل الهيدروليكية. تعمل الطريقة على تحسين أداء علامة البالون من خلال مراعاة عوامل مثل حجم البالون وأوقات التضخم / الانكماش واختيار المكونات وخصائص الماء المحقون.

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...

يركز هذا البحث على تطوير وتقييم علامات البالون الفعالة من حيث التكلفة لدراسات مرور الأسماك والهياكل الهيدروليكية. هدفنا هو تقييم فعالية تكوينات علامات البالون المختلفة لاستعادة أسماك الاستشعار والأسماك الحية بعد مرورها عبر هذه الهياكل الهيدروليكية. يوفر بروتوكول علامة البالون الذي طورناه فعالية من حيث التكلفة وقابلية للتخصيص وأوقات نفخ قابلة للتعديل.إنه حل منخفض التكلفة للدراسات واسعة النطاق ذات الميزانيات المحدودة. يساعد على فهم تأثير الهياكل الهيدروليكية على الأسماك ويمكن تخصيصه لأنواع وبيئات مختلفة. لقد قمنا بتطوير عملية تصنيع علامة البالون فعالة من حيث التكلفة.سيعزز هذا فهمنا لأداء علامة البالون في ظل ظروف مختلفة ، مما يتيح إجراء اختبارات مخصصة وتسهيل تقييمات الأثر البيئي لتطوير وتشغيل أنظمة الطاقة الكهرومائية الصديقة للأسماك.

balloon-tag-manufacturing-technique-for-sensor-fish-live-fish

Research

JoVE Journal

Engineering

Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

1.1K Views.  Pacific Northwest National Laboratory. يركز هذا البحث على تطوير وتقييم علامات البالون الفعالة من حيث التكلفة لدراسات مرور الأسماك والهياكل الهيدروليكية. هدفنا هو تقييم فعالية تكوينات علامات البالون المختلفة لاستعادة أسماك الاستشعار والأسماك الحية بعد مرورها عبر هذه الهياكل الهيدروليكية. يوفر بروتوكول علامة ...

Video: تسليط الضوء على المؤلف: تطوير علامات بالون فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتخصيص لدراسات مرور الأسماك 

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be fish-friendly, such as downstream bypass systems, modified spillways&#160;and turbines. The main methods used to study fish passage conditions in hydraulic structures involve direct, in situ testing using Sensor Fish technology and live fish. Sensor Fish data helps identify physical stressors and their locations in the fish passage environment, while live fish are assessed for injuries and mortality. Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, aid in their recovery after passing through hydraulic structures.
This article focuses on the development of balloon tags with varying numbers of dissolvable, vegetable-based capsules containing a mixture of oxalic acid, sodium bicarbonate powders, and water at two different temperatures. Our research determined that balloon tags with three capsules, injected with 5 mL of water at 18.3 &#176;C, consistently achieved the desired balloon volume. These tags had a mean inflation volume of 114 cm3 with a standard deviation of 1.2 cm3. Among the balloon tags injected with water at 18.3 &#176;C, it was observed that the two-capsule balloon tags took the longest time to reach full inflation. In addition, the four-capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time, while the three-capsule balloon tags demonstrated a faster deflation start time. Overall, this approach proves to be effective for validating the performance of new technologies, improving turbine design, and making operational decisions to enhance fish passage conditions. It serves as a valuable tool for research and field evaluations, aiding in the refinement of both the design and operation of hydraulic structures.

A protocol is presented for designing and manufacturing balloon tags to recover Sensor Fish and live fish, allowing assessment of their physical condition and biological performance in hydraulic structures. The method optimizes balloon tag performance by considering factors such as balloon volume, inflation/deflation times, component selection, and the characteristics of the injected water.

Acid/Base Encapsulation for Balloon Tag Assembly

To begin, in a mixing cup, combine oxalic acid and sodium bicarbonate, maintaining a weight ratio of one to two. If the acid-based powder mix becomes crystalline, grind it into a fine powder using a mortar and pestle. To fill the capsules using a semi-automatic capsule filling machine, place the cap sheet on a clean, dry surface.Align the encapsulation sheet over the cap sheet. Separate the capsule tops and bottoms unless using pre-separated capsules. Pour the capsule tops into the encapsulation sheet and shake the sheet gently in a circular motion to fill the holes with the tops.Collect the leftover capsule tops in a clean cup. Detach the encapsulation sheet from the completely filled cap sheet and keep the cap sheet aside. Identify and flip the capsule tops that are upside down.Next, place the body or bottom sheet on a clean, dry, flat surface. Fix the encapsulation sheet to the bottom sheet and secure the alignment with the black pegs. Pour the cap bottoms onto the encapsulation sheet and shake as described previously to fill all the holes.Then pour off the excess capsule bottoms from the sheet. Remove the encapsulation sheet from the filled bottom sheet. Flip any capsule bottoms found upside down.Now, disperse the acid base powder mixture onto the filled bottom sheet. Using a plastic spreader, fill the capsule bottoms with the powder. After positioning the filled cap sheet on a flat surface, mount the middle sheet on its top.Invert the cap sheet affixed to the middle sheet on the filled bottom sheet, ensuring a proper mutual alignment. Press gently, but equally on all sides of the cap sheet to join and fit the tops and bottoms of the capsules. Then remove the cap sheet and the middle sheet from the bottom sheet, leaving the capsule tops and bottoms joined.Check each capsule to ensure its top and bottom are fitted tightly. If not, manually press and tighten the top and bottom together. Finally, transfer the filled capsules to an airtight sealable container.

تغليف الحمض / القاعدة لتجميع علامة البالون

Manufacturing Silicone Stopper for Balloon Tag Assembly

To begin, mix both commercial silicone mold material components in a mixing cup, maintaining a one-to-one weight ratio. Stir thoroughly with a disposable spoon for about five minutes until the mixture becomes uniform in appearance. Then position the 3D-printed mold plate fitted with packing tape over a sheet of paper.Pour the silicone mixture into each stopper hole, ensuring all the holes are filled. Using a rubber squeegee, spread the silicone evenly into each stopper hole before clearing any leftover silicone. Leave the rubber stoppers to dry for four hours.Once the stoppers have fully cured as indicated by the complete drying and hardening of the silicone mixture, take off the tape from the back of the mold plate and pull the stoppers out of the mold. Finally, clean any surplus silicone attached to the stoppers.

تصنيع سدادة سيليكون لتجميع علامة البالون

Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps

To begin the balloon tag assembly, carefully insert the piercing tool into the silicone stopper. Then insert the piercing tool attached to the stopper into a 15 gauge syringe needle. After that, remove the piercing tool from the silicone stopper leaving only the needle embedded in the stopper.Cut a six inch piece from a 50 pound fishing line. Insert the fishing line piece into the silicone stopper through the 15 gauge needle. While holding the stopper and the fishing line together, carefully retract the needle from the stopper leaving the fishing line inside the stopper.Next, insert two acid-based powder filled capsules into a latex balloon. Using a rubber band expansion tool like a castration band plier, gently expand the balloon opening. Then carefully insert one silicone stopper into the balloon opening, making sure to keep the two ends of the fishing line outside the balloon.Place two O-rings onto the rubber band expansion tool and expand them. Push the neck of the latex balloon through the two expanded O-rings. Carefully pull the two O-rings away from the rubber band expansion tool leaving them tightly wrapped around the balloon's neck centered on the stopper.Insert one end of the fishing line through one of the small holes in the sensor fish cap and pull it through the large hole at the center. Tie both ends of the fishing line together leaving a 0.5 to one inch gap from the top of the cap to the balloon base. Keep the extra fishing line attached as cutting it too close to a knot might cause it to untie.Studying the average inflation time for balloon tags with different volumes of water at two different temperatures revealed that full inflation occurred faster when using water at 18.3 degrees Celsius as compared to 12.7 degrees Celsius. A slower dissolution of the capsules at lower temperatures caused delayed inflation. Among the tested conditions, the three capsule balloon tags injected with five milliliters of water at 18.3 degrees Celsius exhibited consistent size with a mean volume of 114 cubic centimeters.At 18.3 degrees Celsius, the four capsule balloon tags demonstrated a faster inflation start time. However, the full inflation times for the two capsule and four capsule balloon tags were nearly identical. The three capsule balloon tag began deflating first followed by the four capsule, and finally, the two capsule balloon tags.