Name: a robotic platform to study the foreflipper of the california sea lion
Uploaded: 2017-01-10T12:30:00
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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.シーライオンForeflipperの標本をデジタル化<ol><li>海のライオンforeflipperの検体をスキャンします。 <ol><li>死亡した個体（ 図1a）からアシカフリッパーの標本を取得します。 注：この例では、それらはワシントンD.C.でスミソニアン動物園から入手しました</li><li> （foreflipperは、動物の体に付着する）、その基部から垂直にforeflipperがハングします。この両方は、スキャン時にフリッ...

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	<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. 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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. 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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>

ロボットフリッパー装置は、私たちが泳いカリフォルニアアシカの流体力学を理解することができるようになります。これは、基本的な推力生産ストローク（ &#39;拍手&#39;）、ならびに動物実験で調査することはできません非物理的な変化を含んでいます。ロボットフリッパーは、このように、実験的な汎用性のためのステップ3-フリッパー自体が目的の結果を得るために重要な-で作られて?...

科学者はアシカ水泳（エネルギー論、輸送のコスト、抗力係数、線速度と加速1-3の基本的な特性を調査しているが、我々はシステムの流体力学に関する情報が不足している。この知識がなければ、我々は潜在的な高速を制限、高機動性のエンジニアリングアプリケーション本体-尾鰭（BCF）運動モデルに4。異なる水泳のパラダイムを特徴づけることによって、私たちは水泳の静かな、ステルスフォームを有効にする可能性と特異的にものを、設計ツールのカタログを拡大したいと考えています。したがって、 、我々は5,6 foreflipperロボットアシカを使用して、カリフォルニアアシカや研究室の研究の直接観察を通じてアシカの水泳の基本的なメカニズムを研究しています。 ロボットプラットフォーム7：これを行うために、私たちは、複雑な生物学的システムを探索するのに一般的に使用される技術を使用します。いくつかの歩行研究ボット8,9を歩いて10 -have動物のいずれかの複雑な11または非常に単純化された12の機械的モデルに基づいてされて水泳の時間。研究者は、大きなパラメータ空間13-15を探索することを可能にしながら、一般的に、ロボットプラットフォームは、モデルシステムの本質を保持しています。常にシステム全体を特徴づけるものではないが、多くの機関車システムの単一のコンポーネントを分離するこれらのプラットフォームを通じて学習されています。例えば、非定常プロパルサの基本的な機能は、carangiform水泳中に尾鰭の掃引前後のように、激しくピッチングおよび/またはヒービングパネル12,16,17,18の実験調査を通じて検討されています。ここでは、その動物ベースの研究ができない方法でこの複雑な動きの特定のモードを分離することができます。推進のそれらの基本的な側面は、その後の進化が提供する生物学的な複雑さを必要としない車両の設計に使用することができます。 （Zalophus californianus）試料の生物学的スキャンから正確に導出されます。 roboflipperは、以前の研究1由来動物のの動きを再現するように作動されます。このロボットフリッパーは得ることができ、水泳アシカの流体力学的性能を調査し、動物実験、大型水生哺乳類の特により広いパラメータ空間を探索するために使用されます。

<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

カリフォルニアアシカ（Zalophusのcalifornianus）は 、機敏で強力なスイマーです。多くの成功したスイマー（イルカ、マグロ）とは異なり、彼らは大きなforeflippersとの推力の大部分を生成します。このプロトコルは、水泳カリフォルニアアシカ（Zalophusのcalifornianus）の流体力学的性能を研究するために設計されたロボットプラットフォームについて説明します。ロボットはその推進ストローク（ &#39;拍手&#39;）の動きを再現するために、モータにより作動される動物のforeflipperのモデルです。アシカの推進ストロークの運動学は、スミソニアン動物園（SNZ）でマークされていない、非研究アシカの映像データから抽出されています。これらのデータは、ここに提示ロボットフリッパーの作動運動の基礎を形成します。ロボットフリッパーの形状は、フルスケールのフリッパーの約60％に縮小成人女性アシカのforeflipperの高解像度でのレーザスキャンをベースにしています。関節式モデルは、3 Jを持っていますoints、アシカforeflipperの肘、手首とナックルジョ​​イントを模倣します。残りの部分から加速時ロボットプラットフォームは、力学特性、レイノルズ数とチップ速度の動物と一致します。ロボットフリッパーは、性能（力およびモーメント）を加え、得られた流れ場を決定することができます。

上記のプロセスは、カリフォルニアアシカforeflipperのロボットモデルを生成します。モデルは、2つの異なる方法で使用することができます。一つはrootのみ（ 図 6a）でフリッパーを作動させることによってです。この場合、駆動モータは、第一関節の回転速度を設定したが、フリッパーの結果として生じる動きは、可撓性フリッパおよび周囲?...

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

ロボットプラットフォームは、流体力学的性能-力と水泳カリフォルニアアシカ-の流れ場を研究するために使用されることが記載されています。ロボットはその推進ストローク（ &#39;拍手&#39;）の動きを再現するために、モータにより作動される動物のforeflipperのモデルです。

カリフォルニアアシカのForeflipperを研究するためのロボットプラットフォーム

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

非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

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

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

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

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同時Hygrothermo-機械的刺激下でのポリマーおよび繊維強化ポリマー複合材料の耐久性研究のための試験プラットホーム

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Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

迅速なIII-Vヘテロ特徴付けのための電子チャネリングコントラストイメージング

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集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

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