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. Digitalizar un ejemplar de un León Foreflipper Mar <ol><li> Analiza una muestra de un foreflipper león de mar. <ol><li> Obtener una muestra de una aleta de lobos marinos de un individuo fallecido (Figura 1a). NOTA: En nuestro caso, que se obtuvieron del parque zoológico Smithsonian en Washington, DC </li><li> Colgar el foreflipper verticalmente desde su base (en el que el foreflipper se une al cuerpo del animal). Esto permite que tanto la aleta sea recta cuando se escanea, y expone toda la superfic...

<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. 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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. 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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>

El aparato robótico aleta nos permitirá comprender la hidrodinámica de la natación león marino de California. Esto incluye la producción de empuje trazo básico (el &quot;aplauso&quot;), así como las variaciones no físicos que los estudios en animales no pueden investigar. La aleta de la robótica ha sido diseñado para la flexibilidad experimental, por lo tanto, el paso 3, donde la aleta en sí está hecho-es fundamental en la obtención de los resultados deseados. Aunque este aparato es, claramente, sólo un m...

Aunque los científicos han investigado las características básicas de la natación del león marino (energética, coste del transporte, coeficiente de resistencia aerodinámica, la velocidad lineal y la aceleración 1-3, carecemos de información sobre la dinámica de fluidos del sistema. Sin este conocimiento, que limitan el potencial de alta velocidad , aplicaciones de ingeniería de alta capacidad de maniobra a la aleta (BCF) modelos de locomoción de cuerpo caudal 4. al caracterizar un paradigma de natación diferente, esperamos ampliar nuestro catálogo de herramientas de diseño, específicamente los que tienen el potencial de permitir más tranquilas formas, sigilosos de natación. Así , estudiamos el mecanismo fundamental de lobo de mar nadando a través de la observación directa del león marino de California y las investigaciones de laboratorio usando un león marino robótico foreflipper 5,6. Para ello, vamos a emplear una técnica muy utilizada para explorar los sistemas biológicos complejos: una plataforma robótica 7. Varios estudios de locomoción-both de caminar y nadar 8,9 10 -tienen ha basado en ya sea 11 o complejos altamente simplificados 12 modelos mecánicos de los animales. Típicamente, las plataformas robóticas conservan la esencia del modelo de sistema, al tiempo que permite a los investigadores a explorar grandes espacios de parámetros 13-15. Aunque no siempre es la caracterización de todo el sistema, tanto que se aprende a través de estas plataformas que aíslan un solo componente de un sistema locomotor. Por ejemplo, el funcionamiento fundamental de propulsores inestables, como la palma de ida y barrido de una aleta caudal durante la natación carangiform, ha sido intensamente explorada a través de investigaciones experimentales de cabeceo y / o paneles agitado 12,16,17,18. En este caso, podemos aislar ciertas modalidades de esta moción complejos de forma que los estudios basados ​​en animales no pueden. Los aspectos fundamentales de la propulsión a continuación, se pueden utilizar en el diseño de los vehículos que no necesitan la evolución complejidad biológica ofrece. <p class=&quot;Jove_content&quot;&gt; En este trabajo, presentamos una nueva plataforma para la exploración de la fase de &quot;clap &#39;del león marino de empuje que producen derrame cerebral. Sólo un único foreflipper-la &#39;roboflipper&#39;-está incluido en la plataforma. Su geometría se deriva precisamente de las exploraciones biológicas de un león marino de California (Zalophus californianus) espécimen. El roboflipper es accionado para replicar el movimiento de los animales derivados de los estudios anteriores 1. Esta aleta robótico será utilizado para investigar el comportamiento hidrodinámico del lobo de mar nadando y para explorar un espacio de parámetros más amplio que los estudios en animales, en particular los de los grandes mamíferos acuáticos, puede rendir.

<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

El león marino de California (Zalophus californianus), es un nadador ágil y potente. A diferencia de muchos nadadores exitosos (delfines, atún), que generan la mayor parte de su empuje con sus grandes aletas delanteras. Este protocolo describe una plataforma robótica diseñado para estudiar el comportamiento hidrodinámico de la natación león marino de California (Zalophus californianus). El robot es un modelo de foreflipper del animal que es accionado por los motores de replicar el movimiento de su carrera de propulsión (la &quot;palmada&quot;). La cinemática de accidente cerebrovascular propulsora del león de mar se extraen de los datos de vídeo de la no investigación leones marinos sin marcar, en el Parque Zoológico Smithsonian (SNZ). Estos datos forman la base del movimiento de accionamiento de la aleta robótico que aquí se presenta. La geometría de la aleta robótico se basa en una exploración por láser de alta resolución de un foreflipper de un adulto hembra de león marino, reducido a aproximadamente el 60% de la aleta a gran escala. El modelo articulado tiene tres jUNTOS, imitando el codo, la muñeca y la junta articulada de la foreflipper león marino. La plataforma robótica coincide con las propiedades de la dinámica de Reynolds número y la punta de velocidad del animal cuando se acelera desde el reposo. La aleta robótico puede ser utilizado para determinar el rendimiento (fuerzas y pares de torsión) y flowfields resultantes.

El proceso descrito anteriormente produce un modelo robótico de un foreflipper león de mar de California. El modelo puede ser utilizado de dos maneras diferentes. Uno es mediante el accionamiento de la aleta única en la raíz (Figura 6a). En este caso, el motor de accionamiento establece la velocidad de rotación de la primera articulación, pero el movimiento resultante de la aleta está determinado por la interacción fluido-estructura entre la alet...

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

Una plataforma robótica se describe que será utilizado para estudiar el rendimiento fuerzas y flowfields-natación del león marino de California hidrodinámicas. El robot es un modelo de foreflipper del animal que es accionado por los motores de replicar el movimiento de su carrera de propulsión (la &quot;palmada&quot;).

Una plataforma robótica para estudiar la Foreflipper del león marino de California

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

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