The authors would like to thank the George Washington University Facilitating Fund for financial support of the project. Mr. Patel is grateful the George Washington University School of Engineering and Applied Science Summer Undergraduate Program in Engineering Research and the Undergraduate Research award for financial support. Finally, we are grateful to the GWU Center for Biomemetics and Bioinspired Engineering (COBRE) for use of facilities controlled by the center.

1. לספרת שדוגמא אריה הים Foreflipper <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקת דגימה של foreflipper ארית ים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג שדוגמא סנפיר אריות ים מתוך (איור 1 א) אדם שנפטר. הערה: במקרה שלנו, הם התקבלו מפארק זואולוגי סמיתסוניאן בוושינגטון </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אנכי לתלות את foreflipper מבסיסו (שבו foreflipper מצרף את הגוף של בעל החיים). זה הוא מאפשר הסנפיר להיות ישר כאשר סרק, וחושף את כל פני השטח לסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנפיר סריקה באמצעות סורק אור ברזולוציה גבוהה מובנים, עם דיוק של כ 0.5 מ&quot;מ, וטעייה של כ 0.1 מ&quot;מ (איור 1b). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבא את ענן הצבע לתוך תוכנות CAD ו לדקלם אותו כמשטח. לשם כך, לחץ על &#39;פתח&#39; ובחר בקובץ .obj הרצוי. לחץ על &#39;יבא&#39; כדי לייבא את הקובץ לתוך תוכנות CAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפעל את ענן הצבע שהתקבל באמצעותתכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה על ידי לחיצה על &quot;קיצוץ Extruded &#39;וגזירת חלק הבשר (חלק לא רצוי) של הסריקה. לאחר מכן, לחץ על &#39;סולם&#39; כדי להשיג את קנה המידה המתאימה סנפיר רובוטית (68% מגודל מלא). בדוק סנפיר עבור לכידה בפירוט מספיק על ידי השוואה כדי הדגימה המקורית (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור את התבנית סביב הסנפיר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד תוכנות CAD, השתמשו משטחי הסנפיר כדי להקים עובש על ידי יצירת נפח סביב סביב משטח הסנפיר. עושה זאת על ידי לשיחול גוש מלבן ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; לצייר מלבן ואז לשיחול אותו יותר מהגובה של הסנפיר להקיף אותו לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקישו על &#39;עצרת&#39; ולייבא את שני החלקים (סנפיר ולחסום מלבני) לתוך שטח עבודה. הקישו על &#39;Mate&#39; ולבצע את המטוס הקדמי העליון של שתי סנפיר ועובש כמו חופפות. זה מציב אוטומטית את הסנפיר בתוך התבנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sele גודלct העובש מעץ העיצוב ולחץ על &#39;חלק ערוך&#39;. לאחר החלק מסומן, לחץ על &#39;הוספה&gt; תכונות&gt; חלל&#39; לעשות חלל של הסנפיר בתוך התבנית. שרטוט קו במרכז העובש מלבני ולחץ על &quot;פיצול&quot; כדי ליצור שני חלקים של אותו העובש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על &#39;חותך חלק&#39; כדי להפריד בין הנפח שמסביב לשני חלקים להפקת סנפיר קל. הכנס חללי יתדות בכל מחצית מהמחזור ולשמור אותו בתור חלק אחד ושני של עובש הסנפיר (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת קבצי &#39;.SLDRPT&#39; של עובש &#39;.STL&#39;. יבוא קבצים אלה תוכנת הקניינית של מדפסת 3D ולחץ על &quot;הדפסה&quot; על מנת ליצור את תבנית מודפס 3D. </li></ol></li></ol> 2. תכנן את מבנה העצם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את foreflipper הדיגיטלי בתוך תוכנות CAD ולקבל תמונה של ארית ים foreflipper מבנה עצמות לעיון (כגון דמות1 באנגלית, 1977 19). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב שלוש חתיכות שונות המחקות את מבנה העצמות שתתאים בתוך מודל דיגיטלי של foreflipper. בכל הליך זה, &#39;בסיס&#39; מתייחס לסוף חלק קרוב לבסיס של foreflipper ו &#39;טיפ&#39; מתייחס לסוף החלק הקרוב יותר אל קצה foreflipper. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece Base <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין מפרק הכתף ואת פרק כף היד של סנפיר אריה ים (מדידות מתקבלים באמצעות סרט מדידה). לעשות זאת באמצעות תוכנות CAD ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; וייצוב שצורת כתבת הבסיס (איור 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני קצותיו של חלק על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; וציור שני עיגולים. הקש על &#39;הבוס Extrude&#39; כדי למתוח את האורך הרצוי מהמטוס של יצירת הבסיס. הקש על הסקיצה של המעגל הקטן לחתוך לתוך extrude ידי לחיצה על &#39;גזור Extrude&#39; לעשותמקום הפיר. כדי לחזק משותפת זו, לחץ על &#39;פילה&#39; להחליק את המפרקים החדים. הערה: הממדים של החוגים תלוי בגודל של הפיר לשמש במהלך הרכבת הסנפיר על גבי מתעל המים. במקרה שלנו, הקוטר של המעגל הקטן הוא 0.5 אינץ &#39;ואת המעגל הגדול יותר הוא 1 סנטימטר. סוף הבסיס יישב מחוץ גיאומטרית עור סנפיר, כך הגודל של הפארקים אינו נופל תחת האילוצים של העור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece התיכון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין מפרק כף-יד ואת משותף המפרק של אריה ים. עושים זאת על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; ולשרטט את הצורה הרצויה (כפי שמוצג איור 4) על מטוס. לאחר הגיאומטריה נועדה, לחץ על &#39;Extrude&#39; כדי לקבל את הצורה התל-ממדי הבסיסי של היצירה באמצע. הזן את האורך המעוקם כמו 0.1650 אינץ &#39;. הערה: את הצורה הרצויה של היצירה באמצעבניסוי שלנו הוא טרפז עם גובה של 2.25 אינץ &#39;ואורך של שני הבסיסים כמו 1.625 ו 0.850 אינץ&#39; בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני הקצוות. האם זה כמתואר בשלב 2.2.1.2. הקוטר של החתך שהחול הוא 0.125 אינץ &#39;. חבר את הפארקים בקצה הבסיס עד הסוף קצה חתיכת הבסיס עם אקסל לגבש ציר המייצג את מפרק הכף-היד. הערה: הפרק צריך להתאים בתוך הנפח של foreflipper, כך לעצב בהתאם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת מגדל כ 1 סנטימטר גובה עד הסוף קצה החתיכה משני הצדדים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להוסיף מגדל, לחץ על &#39;סקיצה&#39; ולשרטט מלבן על בסיס המודל. Extrude את הסקיצה על ידי בחירת סקיצה ולחיצה על &quot;בוס Extrude &#39;. העובי של המגדל במקרה המסוים הזה הוא 0.165 אינץ &#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על &#39;פילה&#39; ובחר את מודל קצה אחד של המגדל המעוקם. זה מחזק את משותפת חדה שבו המגדל לבין base של היצירה באמצע מחוברים. זה בסדר אם המגדל שבולט מן הגיאומטריה של העור. המגדל צריך להיות עבה מספיק כדי לעמוד הכוחות שנוצרו במהלך טפיחת סנפיר. ראה איור 4 לעיון. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Piece טיפ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך את אורכו של קטע זה יחסי למרחק בין המפרק המפרק ואת קצה עצם אצבע הארוך של אריה ים. עושה זאת על ידי לחיצה על &#39;סקיצה&#39; ו ומשרטטת צורה רצויה על מטוס. לאחר הגיאומטריה נועדה, לחץ על extrude כדי לקבל את הצורה התל-ממדי הבסיסי של יצירת הקצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף פרקים בשני הקצוות. האם זה כמתואר בשלב 2.2.1.2. הקוטר של החתך המעוקם צריך להיות שווה לקוטר של הציר, אשר בניסוי הזה הוא 0.125 אינץ &#39;. פרקי האצבעות על קצה הבסיס יחוברו עד הסוף קצה החתיכה באמצע עם ציר לגבש ציר מייצג המפרק המפרק. הגיאומטריה של KNU אלהckles צריך להתאים בתוך הגיאומטריה של העור foreflipper, כך לעצב בהתאם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת מגדל כ 1 סנטימטר גובה עד סוף הבסיס של יצירה על שני הצדדים. האם זה המתואר בשלב 2.2.2.3. העובי של המגדל במקרה המסוים הזה הוא 0.165 אינץ &#39;. זה בסדר אם המגדל שבולט מן הגיאומטריה של העור. המגדל צריך להיות עבה מספיק כדי לעמוד הכוחות שנוצרו במהלך טפיחת סנפיר. ראה איור 5 לעיון. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. יצירת פליפר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 3D להדפיס את השלד (בסיס, חתיכות בינוניות קצה) של הסנפיר. המרת קובץ &#39;.SLDRPT&#39; מ- CAD כדי &#39;.STL&#39; ולייבא אותו לתוך התוכנה הקניינית של המדפסת ולחץ על &#39;הדפסה&#39;. הערה: הנחיות ההדפסה שונות עבור כל מדפסת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזק את פרקי היצירה הבינונית טיפ עם דבק (אפוקסי) וחוטי פחמן. כדי לעשות זאת, לחתוך פחמימותעל האשכולות של 0.750 אינץ &#39;אורך. החל דבק על מבנה העצמות מודפס 3D ולהניח את האשכולות על פרקי. אין זה הכרחי כדי לחזק את המפרק הגדול על פיסת הבסיס (איור 5 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח חורים בתחתית כל מגדל הקוטר של המחרוזת Kevlar (מחרוזות אשר ישמשו כדי להניע את המפרקים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את כל החלקים יחד העצם מבסיס להטות באמצעות סרנים. עושים זאת על ידי הצבת כל הרכיבים על שולחן שטוח כפי שמוצג באיור 4. כדי לחבר את בסיס החתיכה באמצע, ליישר את הפארקים של החלקים והכניסו את הציר. השתמש באותה טכניקה כדי להתחבר באמצע ואת פיסת עצה יחד. השתמש דבק בכל קצה של כל ציר כדי להבטיח את הציר לא זז רוחבי (איור 5 ב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך צינורות פלסטיק באורך הבא. חותכים ארבעה צינורות באורך של היצירה עצם הבסיס (L 1 = 8 ס&quot;מ) ושני צינורות באורך של היצירה באמצע (L 2 = 6 ס&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים 4 חתיכות של קאבמחרוזת Lar, כל 3 מטרים אורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלק מייתר אחד דרך צינור L 1 ולאחר מכן צינור L 2. מפולת בוץ נוספת מחרוזת באמצעות צינור L 1. חוזרים על הפעולה עם הצינורות ומחרוזות הנותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הצינורות על גבי מבנה העצמות ולהשתמש קלטת ברורה להחזיקם במצב זמני. באמצעות דבק, מקל הצינורות על מבנה העצם ולאחר מכן להסיר את הקלטות. הערה: אין עמדה ספציפית בם הצינורות צריכים להיות ממוקמים, ההיבט הקריטי הוא פשוט לתקוע אותם על פני השטח של המבנה. השתמש 5c איור כקו מנחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השחל את מחרוזת Kevlar מהצינור L 1 צינור L 2 דרך חורים שנקדחו על חתיכות קצה באמצע כמתואר בשלב 3.1.2. הפוך קשר קטן אבל בטוח ברגע שראה את השרשרת הוא דרך החור (5D האיור). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת העור של הסנפיר ליצור סנפיר סופי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד 200 מ&quot;ל של silicעל ובינוניים סיליקון בשני מיכלים שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים הם נוזלים אלה לתוך קערת פלדה. להוסיף מדלל צבע (שלא יעלו על 10% מהמשקל של התערובת הכוללת) לתערובת עבור קל לשפוך ולערבב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במיקסר עמדה לערבב את התערובת היטב במשך 3 - 4 דקות. צבע ניתן להוסיף בשלב זה להשיג את האפקטים החזותיים הרצוי. אם מיקסר עמדה אינו זמין, השתמש להקציף לערבב אותו, מקפיד לגרד את הצדדים ואת התחתון של המכל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס מוט לתוך המפרקים של חלק הבסיס ויישרת אותו במפרקי האצבעות של עובש הסנפיר. כאשר יתדות להתאים לתוך החללים של עובש, מבנה העצמות מיושר באופן מושלם את התבנית סנפיר. תוך כדי לחיצה ממושכת על שני חלקים של עובש, לאבטח את החלקים באמצעות מהדק לדחיסה הוסיפה (שלב זה הוא קריטי, כך שתערובת סיליקון לא לדלוף מן הפער בין שני החלקים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר התערובת היא מעורבת, בזהירות לשפוך אותו העובש עד הפרק העליוןשל מבנה העצם. והנזילה נוזלת מהחור התחתון של העובש היא סמן את התערובת מקבל מפוזרים באופן אחיד. באותה ההתקפה של זה, לסתום את החור, כדי למנוע זרימה נוספת של הנוזל. השאר את הנוזל לרפא במשך ארבע שעות לפני הסרת רובוט הסנפיר מהתבנית (ראה איור 6). </li></ol></li></ol> שמה 4. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לעלות על סיליקון foreflipper על מתעל מים (איור 7), ליצור מבנה הרכבה. ייצוג CAD של האסיפה המוגמרת הוצג. (איור 8). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב צלחת עם חתך באמצעות תוכנות CAD מעוקם בזהירות. הקישו על &#39;סקיצה&#39; וצייר מלבן של ממדים 14 x 19 אינץ &#39;(גובה לא משנה כמו חיתוך בלייזר נעשה שימוש בקובץ .dwg). השתמש לוח מרובע של פלדה כבסיס לייצור צלחת זו. העלה ציור דו ממדים מתוכנת CAD במחשב מחובר חותך ליזר פלדה להשיג הקיצוצים הרצויים. הערה: תיצלחת של בתים המנועים ואת הקיצוץ הוא מאפשר מערכת הגלגלת לעבוד. רוחבו של הצלחת הוא שווה לרוחב של מתעל המים, ובכך להקל כדי להחליק את הצלחת על המתעל. סוג זה של מיקומים עוזר בסילוק קל של הרכבת ההרכבה להחליף חלקים או מודל foreflipper. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את foreflipper ואת הגלגלת על פיר, אשר מחליקה לתוך מסבך משולש. הערה: מערכת תלת-גלגלת מיושמת להעביר את מומנט / כוח מהמנוע למוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מסב צידיו כדי לעזור המוט כדי לסובב בצורה חלקה. כדי להגביל את חופש התנועה של מוט בכיוון לרוחב, הנח צווארונים פירים בכל קצה של הפיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את ההצעה של סנפיר על ידי בחירת הפונקציה ריצה על הנהג. לחיצה על כפתור&#39;למעלה&#39; מסתובבת עם כיוון שעון סנפיר והלחצן &#39;Down&#39; מסובב את נגד כיוון שעון הסנפיר. הנהג מאפשר לשנות את הסיבובים לדקה של המנועפיר בהתאם להוראות ב -20 הידניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את היציאה לצבוע ישר זווית במים להגביר את הלחץ על מערכת הצבע. כוון את המהירות של הצבע למהירות freestream של המים כך לצבוע מופיע בתור נימה חלקה אחת. סובב את הסנפיר כדי לצבוע אינטראקציה ו נלכד עם המערבולות וכתוצאה מכך שנוצרו. </li></ol>

<ol>
	<li>Feldkamp, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swimming+in+the+California+sea+lion:+Morphometrics,+drag+and+energetics.">Swimming in the California sea lion: Morphometrics, drag and energetics.</a> Journal of Experimental Biology. 131, 117-135 (1987).</li><li>Godfrey, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additional+observations+of+subaqueous+locomotion+in+the+California+sea+lion+(zalophus+californianus).">Additional observations of subaqueous locomotion in the California sea lion (zalophus californianus).</a> Aquatic Mammals. 11 (2), 53-57 (1985).</li><li>Stelle, L. L., Blake, R. W., Trites, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+drag+in+steller+sea+lions+(eumetopias+jubatus).">Hydrodynamic drag in steller sea lions (eumetopias jubatus).</a> The Journal of Experimental Biology. 203 (12), 1915-1923 (2000).</li><li>Yu, J., Wang, L., Tan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+biomimetic+robot+fish's+design+and+its+realization.">A framework for biomimetic robot fish's design and its realization.</a> Proceedings of the American Control Conference. , 1593-1598 (2005).</li><li>Friedman, C., Leftwich, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+kinematics+of+the+California+sea+lion+foreflipper+during+forward+swimming.">The kinematics of the California sea lion foreflipper during forward swimming.</a> Bioinspiration and Biomimetics. 9 (4), (2014).</li><li>Friedman, C., Joel, B. W., Schult, A. R., Leftwich, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+3D+geometry+extraction+of+a+Sea+lion+foreflipper.">Noninvasive 3D geometry extraction of a Sea lion foreflipper.</a> Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms. 4 (1), 25-31 (2015).</li><li>Aguilar, 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=A+review+on+locomotion+robophysics:+the+study+of+movement+at+the+intersection+of+robotics,+soft+matter+and+dynamical+systems.">A review on locomotion robophysics: the study of movement at the intersection of robotics, soft matter and dynamical systems.</a> Rep Prog Phys. 79 (11), 110001 (2016).</li><li>Holmes, P., Koditschek, D., Guckenheimer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dynamics+of+legged+locomotion:+models,+analyses,+and+challenges.">The dynamics of legged locomotion: models, analyses, and challenges.</a> Dynamics. 48 (2), 207-304 (2006).</li><li>Mazouchova, N., Umbanhowar, P. B., Goldman, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flipper-driven+terrestrial+locomotion+of+a+sea+turtle-inspired+robot.">Flipper-driven terrestrial locomotion of a sea turtle-inspired robot.</a> Bioinspiration &amp; Biomimetics. 8 (2), 026007 (2013).</li><li>Hultmark, M., Leftwich, M. C., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flowfield+measurements+in+the+wake+of+a+robotic+lamprey.">Flowfield measurements in the wake of a robotic lamprey.</a> Experiments in fluids. 43 (5), 683-690 (2007).</li><li>Ijspeert, A. J., Crespi, A., Ryczko, D., Cabelguen, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+swimming+to+walking+with+a+salamander+robot+driven+by+a+spinal+cord+model.">From swimming to walking with a salamander robot driven by a spinal cord model.</a> Science. 315 (5817), 1416-1420 (2007).</li><li>Buchholz, J. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+evolution+of+the+wake+structure+produced+by+a+low-aspect-ratio+pitching+panel.">On the evolution of the wake structure produced by a low-aspect-ratio pitching panel.</a> Journal of fluid mechanics. 546, 433-443 (2006).</li><li>Lauder, G. V., Anderson, E. J., Tangorra, J., Madden, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fish+biorobotics:+kinematics+and+hydrodynamics+of+self-propulsion.">Fish biorobotics: kinematics and hydrodynamics of self-propulsion.</a> Journal of Experimental Biology. 210 (16), 2767-2780 (2007).</li><li>Leftwich, M. C., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thrust+production+by+a+mechanical+swimming+lamprey.">Thrust production by a mechanical swimming lamprey.</a> Experiments in fluids. 50 (5), 1349-1355 (2011).</li><li>Leftwich, M. C., Tytell, E. D., Cohen, A. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wake+structures+behind+a+swimming+robotic+lamprey+with+a+passively+flexible+tail.">Wake structures behind a swimming robotic lamprey with a passively flexible tail.</a> Journal of Experimental Biology. 215 (3), 416-425 (2012).</li><li>Buchholz, J. H., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+wake+structure+and+thrust+performance+of+a+rigid+low-aspect-ratio+pitching+panel.">The wake structure and thrust performance of a rigid low-aspect-ratio pitching panel.</a> Journal of fluid mechanics. 603, 331-365 (2008).</li><li>Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+the+propulsive+performance+of+heaving+flexible+panels.">Scaling the propulsive performance of heaving flexible panels.</a> Journal of fluid mechanics. 738, 250-267 (2014).</li><li>Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+propulsors+in+ground+effect.">Flexible propulsors in ground effect.</a> Bioinspiration &amp; biomimetics. 9 (3), 036008 (2014).</li><li>English, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+anatomy+of+the+hands+of+fur+seals+and+sea+lions.">Functional anatomy of the hands of fur seals and sea lions.</a> American Journal of Anatomy. 147 (1), 1-17 (1976).</li><li>. PRONET-E Quick Start Guide Available from: <a target="_blank" href="https://www.anaheimautomation.com/manuals/servo/L011035%20-%20ProNet%20Quick%20Start%20Guide.pdf">https://www.anaheimautomation.com/manuals/servo/L011035%20-%20ProNet%20Quick%20Start%20Guide.pdf</a> (2014)</li><li>Fish, F. E., Legac, P., Williams, T. M., Wei, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+hydrodynamic+force+generation+by+swimming+dolphins+using+bubble+DPIV.">Measurement of hydrodynamic force generation by swimming dolphins using bubble DPIV.</a> Journal of Experimental Biology. 217 (2), 252-260 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

מנגנון הסנפיר רובוטית יאפשר לנו להבין את הידרודינמיקה של ארית הים קליפורני לשחות. זה כולל את השבץ לייצר דחף בסיסי (ה &#39;לטפוח&#39;), וכן וריאציות שאינם פיזיים כי מחקרים בבעלי חיים לא יכולים לחקור. מנופף רובוטית תוכנן עבור צדדיות ניסיון, ובכך, שלב 3-שבו הסנפיר עצמו עשוי-הו?...

בעוד מדענים חקרו את המאפיינים הבסיסיים של השחייה אריה הים (אנרגטיקה, עלות התחבורה, מקדם הגרר, מהירות לינארית והאצה 1-3, שחסר לנו מידע על דינמיקה של נוזלים של המערכת. ללא ידע זה, אנו מגבילים במהירות גבוהה פוטנציאל 4, יישומי הנדסה גבוה תמרון למודלי תנועת גוף, זנב סנפיר (BCF). בכך שהיא ממכנת פרדיגמה שחיה שונה, אנו מקווים להרחיב לקטלוג שלנו של כלי עיצוב, במיוחד אלה עם הפוטנציאל לאפשר שקטות, צורות stealthier של שחייה. לכן , אנחנו לומדים את מנגנון היסוד של השחייה אריות ים באמצעות תצפית ישירה של אריה ים קליפורני וחקירות במעבדה באמצעות אריה הים רובוטית foreflipper 5,6. לשם כך, אנו נעסיק טכניקה נפוצה לחקר מערכות ביולוגיות מורכבות: פלטפורמה רובוטית 7. תנועה מספר מחקרים-בוט<html> שעות של הליכת 8,9 ושחייה 10 -האם התבססו משני מורכבים 11 או פשוטים מאוד 12 מודלים המכאניים של חיות. בדרך כלל, פלטפורמות רובוטיות לשמר את המהות של מערכת המודל, ובמקביל לאפשר לחוקרים לחקור מקומות פרמטר גדולים 13-15. אמנם לא תמיד המאפיין את המערכת כולה, הרבה נלמד באמצעות פלטפורמות אלה המבודדים מרכיב אחד של מערכת קטר. לדוגמה, את התפקוד הבסיסי של propulsors לא יציב, כמו גב ו-ושוב גורף של סנפיר הזנב במהלך השחייה carangiform, נחקר באינטנסיביות במהלך חקירות ניסיוני של התנדנדות ו / או לוחות עולה ויורד 12,16,17,18. במקרה זה, אנחנו יכולים לבודד מצבים מסוימים של תנועה מורכבת זו בדרכי מחקרים המבוססים על בעלי חיים לא יכולים. היבטים בסיסיים אלה של נעים לאחר מכן ניתן להשתמש בעיצוב של כלי רכב אשר לא צריך את האבולוציה המורכבת הביולוגית מספקת. &quot;Jove_content&quot;&gt; במאמר זה, אנו מציגים פלטפורמה חדשנית לחקור את שלב &#39;לטפוח&#39; של ארי הים דחף לייצור שבץ. רק אחת foreflipper-ה &#39;roboflipper&#39;-כלולה במצע. הגיאומטריה שלה נגזרה בדיוק מסריקות ביולוגיות של ארית ים קליפורני (Zalophus californianus) דגימה. Roboflipper הוא ומונע לשכפל את ההצעה של החיות &#39;על סמך מחקרים קודמים 1. סנפיר רובוטית זה ישמש כדי לחקור את הביצועים הידרודינמית של האריה שחייה בים לחקור מרחב הפרמטרים רחב יותר מאשר במחקרים בבעלי חיים, במיוחד אלה של יונקים ימיים גדולים, יכול להניב.

<table><tbody><tr><td>Dragon Skin 20</td><td>Smooth-on</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dragon Skin 20 medium</td><td>Smooth-on</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Object24</td><td>Stratasys</td><td></td><td>3D printer</td></tr><tr><td>Stand Mixer</td><td>Hamilton</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PKS-PRO-E-10 System</td><td>Anaheim Automation</td><td>PKS-PRO-E-10-A-LP22</td><td>Controller and Servo Motor</td></tr><tr><td>Artec Eva</td><td>Artec 3D</td><td></td><td>3D light scanner with resolution of 0.1 mm</td></tr><tr><td>Artec Spider</td><td>Artec 3D</td><td></td><td>3D light scanner with resolution of 0.5 mm</td></tr><tr><td>Steel plate</td><td>Mcmaster</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Carbon Tow</td><td>Fibreglast</td><td>2393-A</td><td></td></tr><tr><td>Hardened Precision 440C Stainless Steel Shaft</td><td>Mcmaster</td><td>6253K49</td><td></td></tr><tr><td>Tygon PVC Clear Tubing</td><td>Mcmaster</td><td>6546T23</td><td></td></tr><tr><td>Kevlar Thread</td><td>Mcmaster</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a robotic platform to study the foreflipper of the california sea lion

האריה הים קליפורניה (Zalophus californianus), הוא שחיין זריז וחזק. בניגוד לרבי שחיינים מוצלחים (דולפינים, טונה), שהם מייצרים ביותר של הדחף שלהם עם foreflippers הגדול שלהם. פרוטוקול זה מתאר פלטפורמה רובוטית נועד לחקור את הביצועים הידרודינמית של אריה ים קליפורני שחייה (Zalophus californianus). הרובוט הוא מודל של foreflipper החיה אשר מופעל על ידי מנועים לשכפל את ההצעה של השבץ הנע שלה ( &#39;לטפוח&#39;). קינמטיקה של השבץ הנע של אריות הימים המחולצים נתוני וידאו של אריות ים לא מסומנים, לא מחקרי בפרק הזואולוגי סמיתסוניאן (SNZ). נתונים אלה מהווים את הבסיס של תנועת actuation של הסנפיר רובוטית שהוצג כאן. הגיאומטריה של הסנפיר רובוטית מבוססת סריקת ליזר על ברזולוציה גבוהה של foreflipper של ארית ים נקבה בוגרת, לשנותם כדי כ -60% של הסנפיר בקנה מידה מלאה. יש מודל ניסח שלושה joints, מחק את המרפק, שורש כף יד מפרק המשותף של foreflipper אריות ים. הפלטפורמה הרובוטית תואמת נכסי ריינולדס דינמיקה מספר טיפ מהיר של החיה כאשר מאיצים משאר. מנופף רובוטית יכול לשמש כדי לקבוע את הביצועים (כוחות מומנטים) ו flowfields שהתקבל.

התהליך המתואר מניב מודל רובוטי של foreflipper אריה ים קליפורני. המודל יכול לשמש בשתי דרכים שונות. האחת היא על ידי מפעיל הסנפיר רק בשורש (איור 6 א). במקרה זה, מנוע הנהיגה מגדיר את קצב הסיבוב של המפרק הראשון, אבל ההצעה וכתוצאה מכך של הסנפיר נ?...

Watch this Scientific Journal Video about A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion at JoVE.com

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

פלטפורמה רובוטית מתואר כי ישמש כדי לחקור את כוחות ביצועים הידרודינמית flowfields-של אריה ים קליפורני לשחות. הרובוט הוא מודל של foreflipper החיה אשר מופעל על ידי מנועים לשכפל את ההצעה של השבץ הנע שלה ( &#39;לטפוח&#39;).

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

a-robotic-platform-to-study-the-foreflipper-of-the-california-sea-lion

Research

JoVE Journal

Engineering

7.9K Views.  The George Washington University.  פלטפורמה רובוטית מתואר כי ישמש כדי לחקור את כוחות ביצועים הידרודינמית flowfields-של אריה ים קליפורני לשחות. הרובוט הוא מודל של foreflipper החיה אשר מופעל על ידי מנועים לשכפל את ההצעה של השבץ הנע שלה ( 'לטפוח'). 

Video: A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) Forelimb Scale

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the spinal cord (Pearse et al., 2005, Gensel et al., 2006, Anderson et al., 2009), as the majority of human SCI occur here (Young, 2010; www.sci-info-pages.com). Behavioral deficits include loss of forelimb function due to damage to the white matter affecting both descending motor and ascending sensory systems, and to the gray matter containing the segmental circuitry for processing sensory input and motor output for the forelimb. Additionally, a key priority for human patients with cervical SCI is restoration of hand/arm function (Anderson, 2004). Thus, outcome measures that assess both proximal and distal forelimb function are needed. Although there are several behavioral assays that are sensitive to different aspects of forelimb recovery in experimental models of cervical SCI (Girgis et al., 2007, Gensel et al., 2006, Ballerman et al., 2001, Metz and Whishaw, 2000, Bertelli and Mira, 1993, Montoya et al., 1991, Whishaw and Pellis, 1990), few techniques provide detailed information on the recovery of fine motor control and digit movement.
The current measurement technique, the Irvine, Beatties and Bresnahan forelimb scale (IBB), can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation. The IBB was generated by observing recovery after a unilateral C6 SCI, and involves video recording of animals eating two differently shaped cereals (spherical and doughnut) of a consistent size. These videos were then used to assess features of forelimb use, such as joint position, object support, digit movement and grasping technique.
The IBB, like other forelimb behavioral tasks, shows a consistent pattern of recovery that is sensitive to injury severity. Furthermore, the IBB scale could be used to assess recovery following other types of injury that impact normal forelimb function.

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan IBB Forelimb Scale

Here we will describe a rodent behavioral assay that can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation.

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: ​​אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the ...

Neuroscience

Flat-floored Air-lifted Platform: A New Method for Combining Behavior with Microscopy or Electrophysiology on Awake Freely Moving Rodents

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a living animal&#8217;s brain. Moreover, the lengthy recovery from anesthesia limits the frequency of repeated recording/imaging episodes in longitudinal studies. Hence, new methods that would allow stable recordings from non-anesthetized behaving mice are expected to advance the fields of cellular and cognitive neurosciences. Existing solutions range from mere physical restraint to more sophisticated approaches, such as linear and spherical treadmills used in combination with computer-generated virtual reality. Here, a novel method is described where a head-fixed mouse can move around an air-lifted mobile homecage and explore its environment under stress-free conditions. This method allows researchers to perform behavioral tests (e.g., learning, habituation or novel object recognition) simultaneously with two-photon microscopic imaging and/or patch-clamp recordings, all combined in a single experiment. This video-article describes the use of the awake animal head fixation device (mobile homecage), demonstrates the procedures of animal habituation, and exemplifies a number of possible applications of the method.

This method creates a tangible, familiar environment for the mouse to navigate and explore during microscopic imaging or single-cell electrophysiological recordings, which require firm fixation of the animal&#8217;s head.

פלטפורמה הרימה-Air-מרוצף שטוחה: שיטה חדשה לשילוב עם התנהגות מיקרוסקופית או אלקטרופיזיולוגיה על Awake לנוע בחופשיות מכרסמים

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a ...

Behavior

Automated Interactive Video Playback for Studies of Animal Communication

Video playback is a widely-used technique for the controlled manipulation and presentation of visual signals in animal communication. In particular, parameter-based computer animation offers the opportunity to independently manipulate any number of behavioral, morphological, or spectral characteristics in the context of realistic, moving images of animals on screen. A major limitation of conventional playback, however, is that the visual stimulus lacks the ability to interact with the live animal. Borrowing from video-game technology, we have created an automated, interactive system for video playback that controls animations in response to real-time signals from a video tracking system. We demonstrated this method by conducting mate-choice trials on female swordtail fish, Xiphophorus birchmanni. Females were given a simultaneous choice between a courting male conspecific and a courting male heterospecific (X. malinche) on opposite sides of an aquarium. The virtual male stimulus was programmed to track the horizontal position of the female, as courting males do in the wild. Mate-choice trials on wild-caught X. birchmanni females were used to validate the prototype's ability to effectively generate a realistic visual stimulus.

Video playback is a widely used technique in animal behavior. We created and evaluated a program that applies rules-based, interactive playback of 3-D computer animations in response to real-time, automated data on subject behavior.

ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים

Video playback is a widely-used technique for the controlled manipulation and presentation of visual signals in animal communication. In particular, ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity largely use video analysis of reaching or food manipulation. While these tasks are easy to implement and are robust across disease models, they are subjective and laborious for the experimenter. Automating traditional tasks or creating new automated tasks can make the tasks more efficient, objective, and quantitative. Since rats are less dexterous than primates, central nervous system (CNS) injury produces more subtle deficits in dexterity, however, supination is highly affected in rodents and crucial to hand function in primates. Therefore, we designed a semi-automated task that measures forelimb supination in rats. Rats are trained to reach and grasp a knob-shaped manipulandum and turn the manipulandum in supination to receive a reward. Rats can acquire the skill within 20 &plusmn; 5 days. While the early part of training is highly supervised, much of the training is done without direct supervision. The task reliably and reproducibly captures subtle deficits after injury and shows functional recovery that accurately reflects clinical recovery curves. Analysis of data is performed by specialized software through a graphical user interface that is designed to be intuitive. We also give solutions to common problems encountered during training, and show that minor corrections to behavior early in training produce reliable acquisition of supination. Thus, the knob supination task provides efficient and quantitative evaluation of a critical movement for dexterity in rats.

This manuscript describes a semi-automated task that quantifies supination in rats. Rats reach, grasp, and supinate a spherical manipulandum. The rat is rewarded with a pellet if the turn angle exceeds a criterion set by the user. This task increases throughput, sensitivity to injury, and objectivity compared to traditional tasks.

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

An In Vitro Preparation for Eliciting and Recording Feeding Motor Programs with Physiological Movements in Aplysia californica

Multifunctionality, the ability of one peripheral structure to generate multiple, distinct behaviors1, allows animals to rapidly adapt their behaviors to changing environments. The marine mollusk Aplysia californica provides a tractable system for the study of multifunctionality. During feeding, Aplysia generates several distinct types of behaviors using the same feeding apparatus, the buccal mass. The ganglia that control these behaviors contain a number of large, identified neurons that are accessible to electrophysiological study. The activity of these neurons has been described in motor programs that can be divided into two types, ingestive and egestive programs, based on the timing of neural activity that closes the food grasper relative to the neural activity that protracts or retracts the grasper2. However, in isolated ganglia, the muscle movements that would produce these behaviors are absent, making it harder to be certain whether the motor programs observed are correlates of real behaviors. In vivo, nerve and muscle recordings have been obtained corresponding to feeding programs2,3,4, but it is very difficult to directly record from individual neurons5. Additionally, in vivo, ingestive programs can be further divided into bites and swallows1,2, a distinction that is difficult to make in most previously described in vitro preparations.
The suspended buccal mass preparation (Figure 1) bridges the gap between isolated ganglia and intact animals. In this preparation, ingestive behaviors - including both biting and swallowing - and egestive behaviors (rejection) can be elicited, at the same time as individual neurons can be recorded from and stimulated using extracellular electrodes6. The feeding movements associated with these different behaviors can be recorded, quantified, and related directly to the motor programs. The motor programs in the suspended buccal mass preparation appear to be more similar to those observed in vivo than are motor programs elicited in isolated ganglia. Thus, the motor programs in this preparation can be more directly related to in vivo behavior; at the same time, individual neurons are more accessible to recording and stimulation than in intact animals. Additionally, as an intermediate step between isolated ganglia and intact animals, findings from the suspended buccal mass can aid in interpretation of data obtained in both more reduced and more intact settings. The suspended buccal mass preparation is a useful tool for characterizing the neural control of multifunctionality in Aplysia.

An In Vitro Preparation for Eliciting and Recording Feeding Motor Programs with Physiological Movements in Aplysia californica

We describe a technique to extracellularly record and stimulate from nerves, muscles, and individual identified neurons in vitro while eliciting and observing different types of feeding behaviors in the feeding apparatus of Aplysia.

<em&gt; במבחנה</em&gt; הכנה להפקה והקלטה של ​​תוכניות רכב האכלה עם תנועות פיסיולוגיות<em&gt; Aplysia californica</em

Multifunctionality, the ability of one peripheral  structure to generate multiple, distinct behaviors1, allows animals  to rapidly adapt their behaviors ...

Recordings of Neural Circuit Activation in Freely Behaving Animals

The relationship between patterns of neural activity and corresponding behavioral expression is difficult to establish in unrestrained animals. Traditional non-invasive methods require at least partially restrained research subjects, and they only allow identification of large numbers of simultaneously activated neurons. On the other hand, small ensembles of neurons or individual neurons can only be measured using single-cell recordings obtained from largely reduced preparations. Since the expression of natural behavior is limited in restrained and dissected animals, the underlying neural mechanisms that control such behavior are difficult to identify. 
Here, I present a non-invasive physiological technique that allows measuring neural circuit activation in freely behaving animals. Using a pair of wire electrodes inside a water-filled chamber, the bath electrodes record neural and muscular field potentials generated by juvenile crayfish during natural or experimentally evoked escape responses. The primary escape responses of crayfish are mediated by three different types of tail-flips which move the animals away from the point of stimulation. Each type of tail-flip is controlled by its own neural circuit; the two fastest and most powerful escape responses require activation of different sets of large &#8220;command&#8221; neurons. In combination with behavioral observations, the bath electrode recordings allow unambiguous identification of these neurons and the associated neural circuits. Thus activity of neural circuitry underlying naturally occurring behavior can be measured in unrestrained animals and in different behavioral contexts.

Non-invasive measurements of neural activity patterns in freely behaving animals are obtained by combining neurophysiological recordings with high speed videography.

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

The relationship between patterns of neural activity and corresponding behavioral expression is difficult to establish in unrestrained animals. ...

Biology

Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. Several automated versions of skilled reaching have been developed recently. Here, we describe a version that automatically presents pellets to rats while recording high-definition video from multiple angles at high frame rates (300 fps). The paw and individual digits are tracked with DeepLabCut, a machine learning algorithm for markerless pose estimation. This system can also be synchronized with physiological recordings, or be used to trigger physiologic interventions (e.g., electrical or optical stimulation).

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. We describe an automated version of skilled reaching with motion tracking and three-dimensional reconstruction of reach trajectories.

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the ...

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living components. Due to their inherent advantages, biorobots are gaining interest as alternatives to traditional fully artificial robots. Various studies have focused on harnessing the power of biological actuators, but only recently studies have quantitatively characterized the performance of biorobots and studied their geometry to enhance functionality and efficiency. Here, we demonstrate the development of a self-stabilizing swimming biorobot that can maintain its pitch, depth, and roll without external intervention. The design and fabrication of the PDMS scaffold for the biological actuator and biorobot followed by the functionalization with fibronectin is described in this first part. In the second part of this two-part article, we detail the incorporation of cardiomyocytes and characterize the biological actuator and biorobot function. Both incorporate a base and tail (cantilever) which produce fin-based propulsion. The tail is constructed with soft lithography techniques using PDMS and laser engraving. After incorporating the tail with the device base, it is functionalized with a cell adhesive protein and seeded confluently with cardiomyocytes. The base of the biological actuator consists of a solid PDMS block with a central glass bead (acts as a weight). The base of the biorobot consists of two composite PDMS materials, Ni-PDMS and microballoon-PDMS (MB-PDMS). The nickel powder (in Ni-PDMS) allows magnetic control of the biorobot during cells seeding and stability during locomotion. Microballoons (in MB-PDMS) decrease the density of MB-PDMS, and enable the biorobot to float and swim steadily. The use of these two materials with different mass densities, enabled precise control over the weight distribution to ensure a positive restoration force at any angle of the biorobot. This technique produces a magnetically controlled self-stabilizing swimming biorobot.

In this two-part study, a biological actuator was developed using highly flexible polydimethylsiloxane (PDMS) cantilevers and living muscle cells (cardiomyocytes), and characterized. The biological actuator was incorporated with a base made of modified PDMS materials to build a self-stabilizing, swimming biorobot.

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

Bioengineering

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

Propulsive mechanisms inspired by the fins of various fish species have been increasingly researched, given their potential for improved maneuvering and stealth capabilities in unmanned vehicle systems. Soft materials used in the membranes of these fin mechanisms have proven effective at increasing thrust and efficiency compared with more rigid structures, but it is essential to measure and model the deformations in these soft membranes accurately. This study presents a workflow for characterizing the time-dependent shape deformation of flexible underwater flapping fins using planar laser-induced fluorescence (PLIF). Pigmented polydimethylsiloxane fin membranes with varying stiffnesses (0.38 MPa and 0.82 MPa) are fabricated and mounted to an assembly for actuation in two degrees of freedom: pitch and roll. PLIF images are acquired across a range of spanwise planes, processed to obtain fin deformation profiles, and combined to reconstruct time-varying 3D deformed fin shapes. The data are then used to provide high-fidelity validation for fluid-structure interaction simulations and improve the understanding of the performance of these complex propulsion systems.

The present protocol involves the measurement and characterization of 3D shape deformation in underwater flapping fins built with polydimethylsiloxane (PDMS) materials. Accurate reconstruction of these deformations is essential for understanding the propulsive performance of compliant flapping fins.

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

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

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

פלטפורמה הרימה-Air-מרוצף שטוחה: שיטה חדשה לשילוב עם התנהגות מיקרוסקופית או אלקטרופיזיולוגיה על Awake לנוע בחופשיות מכרסמים

ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

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

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: ​​אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

פלטפורמה הרימה-Air-מרוצף שטוחה: שיטה חדשה לשילוב עם התנהגות מיקרוסקופית או אלקטרופיזיולוגיה על Awake לנוע בחופשיות מכרסמים

ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

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

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb