Name: a robotic platform to study the foreflipper of the california sea lion
Uploaded: 2017-01-10T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion at JoVE.com

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. digitaliseren van een specimen van een Zeeleeuw Foreflipper <ol><li> Scan een specimen van een Zeeleeuw foreflipper. <ol><li> Het verkrijgen van een exemplaar van een zeeleeuw flipper van een overleden persoon (figuur 1a). LET OP: In ons geval, waren ze afkomstig van het Smithsonian Zoological Park in Washington, DC </li><li> Hang de foreflipper verticaal van de basis (wanneer de foreflipper hecht aan het lichaam van het dier). Dit maakt zowel de flipper rechte wanneer gescand, en onthult het gehele o...

<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>

De robot flipper apparaat zal ons toelaten om de hydrodynamica van het zwemmen Californische zeeleeuw begrijpen. Dit omvat de fundamentele stuwkracht producerende slag (de &quot;klap&quot;), alsmede niet-fysieke variaties die dierproeven niet kunnen onderzoeken. Robotachtige flipper is ontworpen voor experimentele veelzijdigheid dus stap 3 waarbij de flipper zelf is gemaakt-kritisch in het verkrijgen van de gewenste resultaten. Hoewel dit apparaat is duidelijk, maar een model van het levende systeem, in situ st...

Terwijl wetenschappers de basiskenmerken van zeeleeuwen zwemmen (energetica, de kosten van vervoer, luchtweerstand, lineaire snelheid en acceleratie 1-3 hebben onderzocht, missen we informatie over de vloeistofdynamica van het systeem. Zonder deze kennis, beperken we potentiële high-speed , hoge wendbaarheid technische toepassingen aan body-staartvin (BCF) voortbeweging modellen 4. Door het karakteriseren van een andere zwemmen paradigma, hopen we onze catalogus van design tools, met name die welke de mogelijkheden uit te breiden naar rustiger, stealthier vormen van zwemmen mogelijk te maken. Zo bestuderen we de fundamentele mechanisme van de zeeleeuwen zwemmen door middel van directe observatie van de Californische zeeleeuw en laboratoriumonderzoek met behulp van een robot zeeleeuw foreflipper 5,6. Een robot platform 7: Om dit te doen, zullen we een veelgebruikte techniek voor het verkennen van complexe biologische systemen in dienst. Verschillende studies motoriek-both van het lopen 8,9 en zwemmen 10 -Heb gebaseerd op zowel complexe 11 of sterk vereenvoudigde 12 mechanische modellen van dieren. Typisch, de robotplatformen behouden de essentie van het modelsysteem, terwijl onderzoekers grote Parameterruimten 13-15 verkennen. Hoewel niet altijd het hele systeem te karakteriseren, wordt veel geleerd door deze platforms dat één onderdeel van een locomotief systeem te isoleren. Bijvoorbeeld, de fundamentele werking schommelende voortstuwers, zoals de heen-en-weer vegen van een staartvin tijdens carangiform zwemmen, is intensief onderzocht door middel van experimenteel onderzoek naar pitching en / of deinende panelen 12,16,17,18. In dit geval kunnen we bepaalde wijzen van deze complexe bewegingen manier die dierlijk onderzoek kan niet isoleren. Die fundamentele aspecten van de voortstuwing kan vervolgens worden gebruikt in het ontwerp van voertuigen die niet nodig de biologische complexiteit evolutie biedt. <p class=&quot;Jove_content&quot;&gt; In deze paper presenteren we een nieuw platform voor het verkennen van de &#39;klap&#39; fase van de zeeleeuw stuwkracht producerende beroerte. Slechts één foreflipper the &quot;roboflipper&#39;-is opgenomen in het platform. De geometrie precies afkomstig van biologische scans van een Californische zeeleeuw (Zalophus californianus) exemplaar. De roboflipper wordt bediend om de beweging van de dieren afkomstig van eerdere studies 1 repliceren. Deze robot flipper wordt gebruikt om de hydrodynamische prestatie van het zwembad zeeleeuw onderzoeken en een grotere parameterruimte dan dierstudies name grote zeezoogdieren staand, kan opleveren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="655">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Dragon Skin 20</td>
			<td style="width:81px;">Smooth-on</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:191px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Dragon Skin 20 medium</td>
			<td style="width:81px;">Smooth-on</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Object24</td>
			<td style="width:81px;">Stratasys</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>3D printer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Stand Mixer</td>
			<td style="width:81px;">Hamilton</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">PKS-PRO-E-10 System</td>
			<td style="width:81px;">Anaheim Automation</td>
			<td>PKS-PRO-E-10-A-LP22</td>
			<td>Controller and Servo Motor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Artec Eva</td>
			<td style="width:81px;">Artec 3D</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>3D light scanner with resolution of 0.1mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Artec Spider</td>
			<td style="width:81px;">Artec 3D</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>3D light scanner with resolution of 0.5mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Steel plate</td>
			<td style="width:81px;">Mcmaster</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Carbon Tow</td>
			<td style="width:81px;">Fibreglast</td>
			<td style="width:136px;">2393-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hardened Precision 440C Stainless Steel Shaft</td>
			<td style="width:81px;">Mcmaster</td>
			<td>6253K49</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tygon PVC Clear Tubing</td>
			<td style="width:81px;">Mcmaster</td>
			<td style="width:136px;">6546T23</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Kevlar Thread</td>
			<td style="width:81px;">Mcmaster</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

De Californische zeeleeuw (Zalophus californianus), is een flexibele en krachtige zwemmer. In tegenstelling tot vele succesvolle zwemmers (dolfijnen, tonijn), genereren ze het grootste deel van hun stuwkracht met hun grote voorste zwempoten. Dit protocol beschrijft een robot platform ontworpen om de hydrodynamische prestatie van het zwemmen Californische zeeleeuw (Zalophus californianus) te bestuderen. De robot is een model van foreflipper van het dier dat wordt aangedreven door motoren om de beweging van de voortstuwende slag (de &#39;druiper&#39;) te repliceren. De kinematica van voortstuwende beroerte de zeeleeuw worden geëxtraheerd uit video-gegevens van ongemarkeerde, non-onderzoek zeeleeuwen in het Smithsonian Zoological Park (SNZ). Deze gegevens vormen de basis van de bediening beweging van de robot flipper hier gepresenteerd. De geometrie van de robot flipper is gebaseerd op een hoge-resolutie laser scan van een foreflipper van een volwassen vrouwelijke zeeleeuw, geschaald naar ongeveer 60% van de full-scale flipper. De gelede model heeft drie joints, het nabootsen van de elleboog, pols en vingerkootje van de zeeleeuw foreflipper. De robot platform past dynamiek eigenschappen-getal van Reynolds en tip snelheid van het dier bij het accelereren vanuit stilstand. De robot flipper kan worden gebruikt om de prestaties (krachten en momenten) en verkregen flowfields bepalen.

De hierboven beschreven werkwijze levert een robot model van een Californische zeeleeuw foreflipper. Het model kan worden gebruikt op twee verschillende manieren. Een daarvan is door het bedienen van de flipper alleen bij de wortel (figuur 6a). In dit geval is de aandrijfmotor wordt de rotatiesnelheid van de eerste verbinding, maar de resulterende beweging van de flipper wordt bepaald door het fluïdum-structuur interactie tussen de flexibele flipper en ...

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

Een robot platform wordt beschreven dat zal worden gebruikt om de hydrodynamische prestatie-krachten en flowfields-van het zwemmen Californische zeeleeuw bestuderen. De robot is een model van foreflipper van het dier dat wordt aangedreven door motoren om de beweging van de voortstuwende slag (de &#39;druiper&#39;) te repliceren.

Een Robotic Platform aan de Foreflipper van de Californische zeeleeuw Studie

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

De integratie van een Drietal-triplet Annihilation Up-conversie systeem om Dye-zonnecel Response to Sub-bandgap Light Enhance

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

Een Testen Platform Duurzaamheid Studies van Polymeren en vezelversterkte Polymer Composites onder Concurrent Hygrothermo-mechanische stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Electron Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

Ontstekingsplasma sinterapparatuur toegepast voor de vorming van strontiumtitaanoxide Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

Windtunnel experimenten te bestuderen van de Chaparral kroon branden

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

Ontwerp en implementatie van een op maat gemaakte Robot Manipulator voor extra lichamelijke echografie

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

Fabric Moisture Uniform Control to Study the Influence of Air Impingement Parameters on Fabric Drying Characteristics

Stof vocht uniforme controle om de invloed van lucht impingement parameters op stof drogen kenmerken te bestuderen

Impinging dryness is now a widely used and effective way for fabric drying due to its high heat and mass transfer coefficient. Previous studies on fabric ...

High Throughput Analysis of Liquid Droplet Impacts

Hoge doorvoeranalyse van effecten op vloeibare druppeleffecten

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters ...