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. 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 סמיתסונ...

<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>

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 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

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

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

שילוב מערכת Up-המרת שלישיית שלישיית השמדה כדי לשפר רגיש-Dye תגובת תאי שמש לאור תת bandgap

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

בדיקת פלטפורמה לעמידות ללימודים של פולימרים ומחוזקים בסיבים פולימריים מרוכבים תחת גירויים במקביל Hygrothermo-מכאניים

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

הדמיה ניגודיות אלקטרונים תקשור לראפיד III-V Heteroepitaxial אפיון

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

המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

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

ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate 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

מנהרת רוח ניסויים ללמוד שפרל הכתר שריפות

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

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

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

בד לחות אחידה שליטה כדי ללמוד את ההשפעה של פרמטרים השחתת האוויר על מאפייני ייבוש בד

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

ניתוח תפוקה גבוהה של השפעות של Droplet נוזלי

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