Summary
Mevcut protokol, polidimetilsiloksan (PDMS) malzemelerle inşa edilmiş su altı çırpma kanatçıklarında 3D şekil deformasyonunun ölçülmesini ve karakterizasyonunu içermektedir. Bu deformasyonların doğru bir şekilde yeniden yapılandırılması, uyumlu çırpma kanatçıklarının itici performansını anlamak için gereklidir.
Abstract
Çeşitli balık türlerinin yüzgeçlerinden esinlenen itici mekanizmalar, insansız araç sistemlerinde gelişmiş manevra ve gizlilik yetenekleri potansiyelleri göz önüne alındığında, giderek daha fazla araştırılmaktadır. Bu kanatçık mekanizmalarının membranlarında kullanılan yumuşak malzemelerin, daha sert yapılara kıyasla itme kuvvetini ve verimliliği arttırmada etkili olduğu kanıtlanmıştır, ancak bu yumuşak membranlardaki deformasyonları doğru bir şekilde ölçmek ve modellemek esastır. Bu çalışma, düzlemsel lazer kaynaklı floresan (PLIF) kullanarak esnek sualtı çırpma yüzgeçlerinin zamana bağlı şekil deformasyonunu karakterize etmek için bir iş akışı sunmaktadır. Farklı sertliklere (0.38 MPa ve 0.82 MPa) sahip pigmentli polidimetilsiloksan kanat membranları imal edilir ve iki serbestlik derecesinde harekete geçirilmek üzere bir montaja monte edilir: eğim ve rulo. PLIF görüntüleri bir dizi açıklık düzleminde elde edilir, yüzgeç deformasyon profilleri elde etmek için işlenir ve zamanla değişen 3D deforme olmuş yüzgeç şekillerini yeniden oluşturmak için birleştirilir. Veriler daha sonra akışkan-yapı etkileşim simülasyonları için yüksek doğrulukta doğrulama sağlamak ve bu karmaşık tahrik sistemlerinin performansının anlaşılmasını geliştirmek için kullanılır.
Introduction
Doğada, birçok balık türü, hareket elde etmek için çeşitli vücut ve yüzgeç hareketlerini kullanmak için evrimleşmiştir. Balık hareketliliğinin ilkelerini tanımlamak için yapılan araştırmalar, biyologlar ve mühendisler sualtı araçları için yetenekli yeni nesil tahrik ve kontrol mekanizmaları geliştirmek için birlikte çalıştıklarından, biyoesinlenmiş tahrik sistemlerinin tasarımına yardımcı olmuştur. Çeşitli araştırma grupları yüzgeç konfigürasyonlarını, şekillerini, malzemelerini, strok parametrelerini ve yüzey eğriliği kontrol tekniklerini incelemiştir 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 . Tek ve çok kanatlı sistemlerde itme oluşumunu anlamak için uç vorteks üretimini ve uyanıklık eğimini karakterize etmenin önemi, hem hesaplamalı hem de deneysel13,14,15,16,17,18 olmak üzere çok sayıda çalışmada belgelenmiştir. Uyanıklık eğimini azaltmak ve itme kuvvetini artırmak için çeşitli çalışmalarda gösterilen uyumlu malzemelerden yapılmış kanat mekanizmaları için17, akış yapısı analizi ile eşleştirmek için deformasyon zaman-geçmişlerini yakalamak ve doğru bir şekilde modellemek de önemlidir. Bu sonuçlar daha sonra hesaplama modellerini doğrulamak, kanat tasarımını ve kontrolünü bilgilendirmek ve doğrulama gerektiren esnek malzemeler üzerinde dengesiz hidrodinamik yüklemede aktif araştırma alanlarını kolaylaştırmak için kullanılabilir19. Çalışmalar, köpekbalığı yüzgeçlerinde ve diğer karmaşık nesnelerde20,21,22 doğrudan yüksek hızlı görüntü tabanlı şekil izlemeyi kullanmıştır, ancak karmaşık 3D yüzgeç şekli genellikle optik erişimi engelleyerek ölçmeyi zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, esnek kanat hareketini görselleştirmek için basit ve etkili bir yönteme acil bir ihtiyaç vardır.
Uyumlu kanatçık mekanizmalarında yaygın olarak kullanılan bir malzeme, Majidi veark.24 tarafından yapılan bir derlemede kapsamlı bir şekilde açıklandığı gibi, düşük maliyeti, kullanım kolaylığı, sertliği değiştirme kabiliyeti ve su altı uygulamalarıyla uyumluluğu nedeniyle polidimetilsiloksan (PDMS) 'dir. Bu avantajlara ek olarak, PDMS ayrıca düzlemsel lazer kaynaklı floresan (PLIF) gibi optik bir teşhis tekniği kullanarak ölçümlere elverişli olan optik olarak şeffaftır. Geleneksel olarak deneysel akışkanlar mekaniği25 içinde, PLIF sıvıyı boya veya asılı parçacıklarla tohumlayarak veya bir lazer levhasına maruz kaldığında floresan olan akışta bulunan türlerden kuantum geçişlerinden yararlanarak sıvı akışlarını görselleştirmek için kullanılmıştır26,27,28,29. Bu köklü teknik, temel akışkanlar dinamiği, yanma ve okyanus dinamikleri 26,30,31,32,33'ü incelemek için kullanılmıştır.
Bu çalışmada, PLIF esnek balıktan ilham alan robotik yüzgeçlerde şekil deformasyonunun mekansal olarak geçici olarak çözülmüş ölçümlerini elde etmek için kullanılmıştır. Sıvıyı boya ile tohumlamak yerine, bir PDMS yüzgecinin sualtı kinematiği çeşitli akor kesitlerinde görselleştirilir. Düzlemsel lazer görüntüleme, ek floresan olmadan normal döküm PDMS'de gerçekleştirilebilse de, PDMS'yi floresanı artırmak için değiştirmek, yüzgeç montaj donanımı gibi arka plan öğelerinin etkilerini azaltarak görüntülerin sinyal-gürültü oranını (SNR) iyileştirebilir. PDMS, floresan parçacık tohumlaması veya pigmentasyon ile iki yöntem kullanılarak floresan yapılabilir. Belirli bir parça oranı için, birincisinin ortaya çıkan döküm PDMS34'ün sertliğini değiştirdiği bildirilmiştir. Bu nedenle, toksik olmayan, ticari olarak temin edilebilen bir pigment, PLIF deneyleri için floresan kanatçıkları dökmek üzere şeffaf PDMS ile karıştırıldı.
Hesaplamalı model doğrulaması için bu kanat kinematik ölçümlerinin kullanılmasına bir örnek vermek için, deneysel kinematikler daha sonra yüzgecin birleştirilmiş akışkan-yapı etkileşimi (FSI) modellerinden elde edilen değerlerle karşılaştırılır. Hesaplamalarda kullanılan FSI modelleri, kanatçıklar için ölçülen malzeme özellikleri kullanılarak hesaplanan ilk yedi özmoda dayanmaktadır. Başarılı karşılaştırmalar kanatçık modellerini doğrular ve kanatçık tasarımı ve kontrolü için hesaplama sonuçlarının kullanılmasında güven sağlar. Ayrıca, PLIF sonuçları, bu yöntemin gelecekteki çalışmalarda diğer sayısal modelleri doğrulamak için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu FSI modelleri hakkında ek bilgi, önceki çalışma 35,36'da ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemlerinin temel metinleri 37,38'de bulunabilir. Gelecekteki çalışmalar ayrıca, robotik kanatçıklarda, biyo-esinlenmiş yumuşak robotlarda ve diğer uygulamalarda FSI'nın geliştirilmiş deneysel çalışmaları için katı deformasyonların ve sıvı akışlarının eşzamanlı ölçümlerine izin verebilir. Ayrıca, PDMS ve diğer uyumlu elastomerler, sensörler ve tıbbi cihazlar da dahil olmak üzere çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanıldığından, bu tekniği kullanarak esnek katılardaki deformasyonları görselleştirmek, mühendislik, fizik, biyoloji ve tıp alanlarında daha geniş bir araştırmacı topluluğuna fayda sağlayabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fin imalatı
- İstenilen şekil tasarımına dayalı bir kanat kalıbı oluşturun.
- Yüzgeç şeklinin özel bir 3D baskılı parlak kaplamalı kalıbını tasarlayın ve oluşturun (Şekil 1). Kalıbı imal etmek için Ek Kodlama Dosyaları 1-4'teki STL dosyalarına bakın.
- 3D baskılı sert plastik kenar spar gibi yapısal elemanları kalıba yerleştirin. Ek Kodlama Dosyası 2'deki spar'ın STL dosyasına bakın.
- PDMS'yi (bkz. Malzeme Tablosu) istenen parça oranında karıştırın.
- Sırasıyla daha yüksek veya daha düşük elastik modül elde etmek için baz elastomerin kürleme maddesine (yani, 10: 1 veya 20: 1) parça oranını seçin. İlgili baz ve sertleştirici miktarlarını tartın.
NOT: Bu çalışmada hem 10:1 hem de 20:1 (elastomerden kürleme ajanına) kullanılmıştır. - Floresan pigmenti ölçün ( Malzeme Tablosuna bakınız), pigmentasyonun istenen parlaklığına bağlı olarak, toplam karışım ağırlıkça% 0.1 -% 1 pigment içerecek şekilde. Pigmenti PDMS karışımına ekleyin.
- Ölçülen miktarlarda elastomer, sertleştirici ve pigmenti gezegensel bir santrifüjlü karıştırıcıya dökün (30 s için 423 x g'de karıştırma ve 30 s için 465 x g'da gaz giderme işlemi) ve buna göre karıştırın.
- Sırasıyla daha yüksek veya daha düşük elastik modül elde etmek için baz elastomerin kürleme maddesine (yani, 10: 1 veya 20: 1) parça oranını seçin. İlgili baz ve sertleştirici miktarlarını tartın.
- Yüzgeci kalıba dökün.
- Gazdan arındırın ve PDMS karışımını yüzgeç için kalıba dökün. Kalıbı 45 dakika boyunca 70 ° C'de fırına yerleştirin ve gece boyunca 37 ° C'de sertleşmesine izin verin.
- Kürleme tamamlandıktan sonra, dökme yüzgeci kalıptan çıkarın (Şekil 2).
- ASTM standardı39'a uygun çekme testi yapın.
- Adım 1.3.'te dökülen her kanat için, daha önce açıklanan Adım 1.1.-1.3'ü kullanarak Tip IV şekilli bir kalıpta aynı PDMS ve pigment karışımını kullanarak bir Tip IV numune dökün.
NOT: Ek Kodlama Dosyası 5'teki Tip IV örneğini ( Şekil 1C'de gösterilen kalıp) dökmek için STL dosyalarına bakın ve test edilen Tip IV örneklerinin örnekleri için Şekil 3'e bakın. - Test numunesini çekme test makinesine sıkıştırın (bkz. Dar numune bölümünün başlangıç uzunluğunu, genişliğini ve kalınlığını (mm) ölçün.
- Test numunesini 5 mm'lik artışlarla gerilime maruz bırakın, numunenin aşırı gerilmemiş, sadece elastik bölgede gerilmiş kalmasını sağlayın. Toplam numune yer değiştirmesi 0 mm (orijinal konum) olana kadar gerilimi 5 mm'lik artışlarla azaltın. Her artışta dar bölümün uzunluklarını (mm) ve kuvvetlerini (N) kaydedin.
- Numunenin elastik modülünü hesaplamak için, gerilim-gerinim eğrisini çizin ve en iyi doğrusal uyumu ve R2 değerini belirleyin.
- Adım 1.3.'te dökülen her kanat için, daha önce açıklanan Adım 1.1.-1.3'ü kullanarak Tip IV şekilli bir kalıpta aynı PDMS ve pigment karışımını kullanarak bir Tip IV numune dökün.
2. Deney düzeni ve denemeler
- PLIF donanımını (bkz. Malzeme Tablosu) dikdörtgen bir cam su deposuna (2,41 m x 0,76 m x 0,76 m) monte edin.
- Şekil 4'te gösterildiği gibi, tankı orta düzleminde belirli bir frekansta (30 Hz) kesen düzlemsel bir ışık tabakası oluşturmak için darbeli bir lazer sistemi takın ve kullanın (Malzeme Tablosuna bakınız).
- Lens (35 mm) ve uzun geçişli floresan filtresi (560 nm) ile donatılmış 4 MP şarj bağlantılı cihaz (CCD) kamerayı takın ve kullanın (bkz.
- Lazer tabaka düzlemine yerleştirilmiş bir cetvelle CCD kameradan tek bir görüntü çekerek mikrometreden piksele dönüşümü kalibre edin (Şekil 5). Fotoğraf makinesinde iki konum seçin ve pikselleri ayırarak mesafeyi mikrometre cinsinden bölün. Bu mikrometre-piksel oranının uygulama için yeterince küçük (milimetre altı) olduğundan emin olun.
- Kanatçık yazılımından gelen tetik çıkışlarını ve bir gecikme üretecinden ve ilgili yazılımdan gelen sinyalleri kullanarak lazer darbelerini ve kamera görüntülerini çırpınan kanatçıkla senkronize edin (bkz. Malzeme Tablosu) kamerayı, lazer kafalarını ve yüzgeç hareketini koordine etmek için. Görmek Ek Şekil 1 gecikme oluşturucu yazılım arabirimi ayarlarına bir örnek için.
- Lazer sistemini ayarlayın.
NOT: Tüm lazer güvenlik önlemlerinin kurumsal yönergelere uygun olduğundan emin olun.- Lazer kafalarını soğutan soğutucuyu çalıştırmak için güç tuşunu sağa döndürerek lazer sistemini açın. Sistem lazerlere güç vermeye hazır olana kadar arıza ışığı yanıp söner. Tüm lazer modları doğru ayarlanana kadar lazerleri açan güç düğmesine basmayın.
- Tetikleyici Kaynağı'nı EXT LAMP/EXT Q-SW (harici lamba/harici Q-switch) olarak ayarlayın.
- Her iki lazer kafası için de lazer enerjisini istenen seviyeye ayarlayın (yani, tam gücün yaklaşık% 60-80'i) ve her Q-switch düğmesine basarak Q-switch'in açıldığından emin olun.
- Güç düğmesine basarak lazerleri açın.
NOT: Tetik Kaynağı EXT LAMP/EXT Q-SW olarak ayarlandığından, lazer kafaları ateşlenmeye hazırdır, ancak yalnızca sistem yazılımdan harici bir tetikleyici aldıktan sonra ateşlenir.
- Fotoğraf makinesini ayarlayın.
- Güç kablolarını fotoğraf makinesine takın ve bilgisayara ve yazılıma doğru bağlantıları sağlayın.
- Kamera ayarları yazılımını açın ve uygun bağlantı noktasını seçin.
- Tetikleyici > Ayarları altında, "Trigger in:" öğesini External ve "Mode:" öğesini Hızlı olarak ayarlayın.
- Pozlama altında, " Pozlama Kontrolü"nü Kapalı olarak ayarlayın.
- Kamera yakalama yazılımını açın ve uygun kamera kartını seçin.
- Yakalama Sırası düğmesine tıklayın.
- Yakalama Ayarları düğmesine tıklayın, TIFF görüntülerini seçin, Kare serisini seçin ... ve istediğiniz dosya yolunu, 6 Basamaklı Sayıyı, Sürekli ve Kabul Et'i seçin.
- Yakalamayı Başlat'a tıklayın.
NOT: Kamera ayarları harici bir tetikleyiciye ayarlandığından, kamera görüntü toplamaya hazırdır, ancak bu görüntüleri yalnızca sistem yazılımdan harici bir tetikleyici aldıktan sonra yakalar.
- Gecikme üretecini ayarlayın.
- Gecikme üretecini açın ve Harici Kapı Kanalını kanat tetiğine, A-D'yi lazere (A: lazer kafası 1, B: Q anahtarı lazer 1'e, C: lazer kafası 2'ye ve D: Q anahtarını lazer 2'ye) ve Kanal E'yi kameraya bağlayın.
- Gecikme jeneratörü yazılımını açın.
- Seri Çekim için "Darbe Modu" nu ve 4 ns'ye "Sistem Çözünürlüğü" nü seçin.
- "Dönem(ler)" değerini 0,033333352 olarak ayarlayın.
- "Harici tetikleyici/Kapı modu"nu tetiklendi, "Eşik (V)" değerini 0,20 ve "Tetikleyici kenarı"nı yükselen olarak ayarlayın.
- Kanallar > Ch A'da, Etkin onay kutusunu tıklatın. "Gecikme(ler)i" değerini 0,000000004, "Genişlik(ler)i 0,0050000000, "Genlik (V)" değerini 5,00, "Kanal Modu"nu Görev Döngüsü, "Bekleme Sayısı"nı 0, "Kaynağı Eşitle"yi T0, "Polarite"yi Normal, "Çoklayıcı"yı A, "Görev Döngüsü Açık" seçeneğini 1, "Görev Döngüsü Kapalı" ifadesini 1 ve "Kapı Modu" ayarını Devre Dışı olarak ayarlayın.
- Kanallar > Ch B'de, Etkin onay kutusunu tıklatın. "Gecikme(ler)i" değerini 0,000138000, "Genişlik(ler)i 0,0050000000, "Genlik (V)" değerini 5,00, "Kanal Modu"nu Görev Döngüsü, "Bekleme Sayısı"nı 0, "Kaynağı Eşitle"yi Ch A, "Polarite"yi normal, "Çoklayıcı"yı B, "Görev Döngüsü Açık" seçeneğini 1, "Görev Döngüsü Kapalı" ifadesini 1 ve "Kapı Modu" nu Devre Dışı olarak ayarlayın.
- Kanallar > Ch C'de, Etkin onay kutusunu tıklatın. "Gecikme(ler)i" değerini 0,033333304, "Genişlik(ler)i 0,0050000000, "Genlik (V)" değerini 5,00, "Kanal Modu"nu Görev Döngüsü, "Bekleme Sayısı"nı 0, "Kaynağı Senkronize Et"i Ch A, "Polarite"yi Normal, "Çoklayıcı"yı C, "Görev Döngüsü Açık" seçeneğini 1, "Görev Döngüsü Kapalı" ifadesini 1 ve "Kapı Modu" ayarını Devre Dışı olarak ayarlayın.
- Kanallar > Ch D'de, Etkin onay kutusunu tıklatın. "Gecikme(ler)i" değerini 0,000138000, "Genişlik(ler)i 0,005000000, "Genlik (V)" değerini 5,00, "Kanal Modu"nu Görev Döngüsü, "Bekleme Sayısı" 0, "Kaynağı Eşitle" yi Ch C, "Polarite"yi Normal, "Çoklayıcı" yı D, "Görev Döngüsü Açık" ifadesini 1, "Görev Döngüsü Kapalı" ifadesini 1 ve "Kapı Modu" nu Devre Dışı olarak ayarlayın.
- Kanallar > Ch E'de, Etkin onay kutusunu tıklatın. "Gecikme(ler)i" değerini 0,000000004, "Genişlik(ler)i" değerini 0,005000000, "Genlik (V)" değerini 5,00, "Kanal Modu"nu normal, "Bekleme Sayısı" nı 0, "Kaynağı Eşitle" T0, "Polarite"yi normal, "Çoklayıcı"yı E'ye ve "Kapı Modu"nu Devre Dışı olarak ayarlayın.
- Lazer sistemini ayarlayın.
- Yüzgeci, lazer tabakası seçilen bir açıklık pozisyonunda yüzgecin bir akor bölümünden geçecek şekilde hizalayın ve kanat platformunu montaj donanımıyla sabitleyin.
- Seçilen kinematiklerle kanat çırpmaya başlamak ve tüm ortam ışıklarını kapatmak için gücü kanat kontrol donanımına ve kanat motorlarına bağlayın ( bkz.
- Senkronize deneylere başlamak ve strok döngüsü boyunca lazer levhanın yüzgeç ile kesişme noktasının görüntülerini elde etmek için gecikme jeneratörü yazılımında Çalıştır'a basın. Bunun 200'den fazla strok döngüsü üzerinden yapılması gerekir.
- Gecikme jeneratörü yazılımında Durdur'a basın ve fini güç kaynağından ayırın.
- Yüzgeç platformunu hareket ettirin, böylece lazer sayfası yeni bir açıklık pozisyonunda geçer ve görüntüleri tekrar elde etmek için deneyler yapın. 2.3.-2.6 numaralı adımları yineleyin. İstenilen ölçümlerin sayısı için ( Şekil 2A'daki siyah kesikli çizgilerle gösterildiği gibi sekiz farklı açıklık konumu).
- Yüzgeci istenen ek kanatçık membranlarıyla değiştirin (iki kanat sertliği, PDMS 10: 1 ve PDMS 20: 1) ve deneyleri tekrarlayın.
3. Görüntü analizi
- Adım 2.4.'te yürütülen her deneysel deneme için, görüntülerin depolandığı dosyayı bulun ve kontur döngüsü boyunca her yüzgeç konumu veya aşaması için bir alt klasör oluşturun. Görüntü dosyalarını karşılık gelen alt klasörlerine göre sıralayın.
- Her yüzgeç fazı alt klasörü için 200'den fazla görüntüyü piksel değeri dizileri (imread.m) olarak okuyun. Tüm görüntüler için piksel değeri dizilerini toplayın ve ortalama bir görüntü oluşturmak için görüntü sayısına bölün. Görüntüyü yeni bir dosyaya (imwrite.m) yazın. Kontur döngüsü boyunca her kanat pozisyonu için bu adımı tekrarlayın (30 pozisyon).
- Fin ve arka plan arasındaki kontrastı iyileştirmek amacıyla görüntülerin dinamik yoğunluk aralığını mevcut tam aralığa genişletmek için her ortalama görüntüde (imadjust.m) bir histogram iyileştirmesi gerçekleştirin.
- Yoğunluk eşiklerini ayarlayın ve siyah-beyaz bir görüntü (imbinarize.m) elde etmek için her görüntüyü iki duruma getirin. Elde edilen beyaz şekiller, yüzgeç kesitinin parçalarına karşılık gelmelidir.
- İkili görüntüden (bwareafilt.m) tüm beyaz nesneleri (yüzgeç parçaları) ayıklayın ve görüntüyü (imshow.m) görüntüleyin. Arka plan (siyah) piksellerine (bwboundaries.m) dokunan tüm yüzgeç (beyaz) piksellerini seçerek 2B şekil elde etmek üzere her görüntü için ikili görüntü sınırının bir izini oluşturun.
NOT: Uygulanan kanat kinematiği nedeniyle, bazı çerçevelerde PLIF ölçülen kesitin görünümü, yüzgecin başka bir kısmı tarafından engellenebilir. Bu gibi durumlarda, ya görüntülerden belirgin tutarlı bir yüzgeç şekli yoktur ya da sadece ön kenar (LE) görünür kalır (Şekil 6). - 3.1.-3.5 Adımlarını gerçekleştirin. her kanat kesiti için.
4. 3D saptırmanın yeniden yapılandırılması
- Esnek kasalardaki LE pozisyonunun (en azından strok eksenine daha yakın) aynı şekle sahip sert bir kanatçıktaki LE ile aynı olduğunu varsayarsak, düzlem kesimlerini LE boyunca aynı zaman adımı için hizalayın ve karşılık gelen sert kanatçık şeklinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırın.
- Tüm düzlem kesimleri için kanat kesitinin ortaya çıkan merkez çizgisi şekline yaklaşmak için en küçük kareler sığdırın ve bu takılı profillerden basitleştirilmiş bir dışbükey gövde kullanarak 3B kanat şeklini yeniden oluşturun.
- Bu işlemin yüksek doğrulukta doğrulama olarak nasıl kullanılabileceğini göstermek için ortaya çıkan kanatçık şekillerini 3B FSI modelleriyle (merkez çizgilerinden oluşturulan) karşılaştırın.
- Kısmen sert naylon ve kısmen esnek PDMS yüzgecinin yüzey üçgenlemesini oluşturun.
- Hibrit malzemenin özmodlarını elde etmek için ticari bir yapısal dinamik yazılımı kullanın (bkz.
- Kanatçık yüzeylerinde tekdüze basınç farkı kullanılarak elde edilen kararlı durum yer değiştirmesini eşleştirmek için ölçeklendirme çalışmaları gerçekleştirin.
- Modları, yazılımdan elde edilen yer değiştirmeyle eşleşecek şekilde ölçeklendirin.
- Uygun ölçek faktörüyle, esnek kanatçık üzerindeki dengesiz akışı simüle etmek için birleştirilmiş FSI çözücüde kullanılan ilk birkaç baskın modu (genellikle 7 veya 8) kullanın.
- Gövdeyi bir arka plan ağına katıştırılmış bir varlık olarak ele alın.
NOT: Bağlantılı çözücü, Turek-Hron'un arka35'te esnek bir sokma ile dairesel bir silindir üzerindeki akış problemi için doğrulandı ve kanat simülasyonları36'yı çırpmak için genişletildi. - Deneylerden yüzgeç hareketinin kinematiğini reçete edin.
- Kuvvet üretiminin zaman geçmişini ve kanatçık döngüsü boyunca birkaç düzlem kesimi boyunca yüzgecin şeklini izleyin ve deneylerle karşılaştırın.
- Gövdeyi bir arka plan ağına katıştırılmış bir varlık olarak ele alın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Yamuk balıktan ilham alan yapay bir pektoral yüzgeç, her biri önde gelen çeyrek akora yerleştirilmiş sert bir ön kenar sparına sahip iki farklı malzemeye (PDMS 10: 1 ve 20: 1, her ikisi de floresan boya ile karıştırılmış) bir kalıptan dökülmüştür (Şekil 2 ve Şekil 3). İki kanat malzemesinin çekme testi (Şekil 3), PDMS 20:1 ve PDMS 10:1 kanatçıkları için sırasıyla 0,38 MPa ve 0,82 MPa'lık elastik modül verdi ve her iki ölçüm için de 0,99'luk bir R2 elde etti (karşılık gelen gerilme-gerinim eğrileri için Ek Şekil 2'ye bakınız).
Yüzgecin hareketini yakalamak için kamera, odaklanmış görüş alanındaki mikrometre-piksel oranı 125 μm / piksel olacak şekilde yerleştirildi. Bir gecikme jeneratörü, her kanat vuruşunun orta noktasındaki tek bir tetikleme sinyaline dayanarak, yüzgeç vuruşu başına 30 eşit aralıklı zaman aralığında lazer ve kamerayı tetiklemek üzere kablolandı ve programlandı. Yüzgeç, lazer tabakası yüzgecin akor şeklindeki bir bölümünden geçecek şekilde konumlandırıldı. Bu, yüzgeç geometrisinin kökünden 1.876 cm'den 13.132 cm'ye kadar sekiz açıklık pozisyonu için yapıldı (Şekil 2).
Her kesit için, 30 vuruş pozisyonunun (faz) her biri için 200'den fazla görüntü elde edildi. Programlanmış kinematikler ±43° strok genliği ve ±17° eğim genliği vermiştir (Şekil 7A,B). Opak sert spar nedeniyle, yüzgeç kesiti her adımda görünmüyordu (Şekil 6), ancak bu tıkanıklıklar seyrekti ve genel 3D rekonstrüksiyonları etkilemedi. Görüntü sıralama, ortalama, eşikleme, ikilendirme ve izlemeyi takiben, bir 3B gösterim oluşturuldu. Bu 3D rekonstrüksiyon, FSI modelinin sonuçları ve sert bir yüzgeç modelinin yapısı ile karşılaştırıldı. Esnek kasalardaki LE pozisyonunun, aynı şekil için sert yüzgeçteki LE ile aynı olduğu varsayılıyordu. Bununla birlikte, sertten yumuşak yüzgeciğe giden genel sertlikteki önemli azalma, mevcut tasarım için LE ile birlikte ihmal edilemez bir sapma ekleyerek, açıklıklı yükleme ile sonuçlandı.
Şekil 7C,D, bu karşılaştırmaları konturda biri yukarı vuruşun ortasında (t = 0 s) ve diğeri aşağı vuruşun ortasında (t = 0.567 s) olmak üzere iki konumda göstermektedir. Şekil, PDMS 10: 1 yüzgeci üzerindeki sıvı basıncının neden olduğu akor eğriliğini göstermektedir ve deneylerde ölçüldüğü gibi, yer değiştirme/akor (d/c) = orta yukarı vuruşta 0.36 ve orta aşağı vuruşta d / c = 0.33'ün en uzun akor bölümünde takip eden kenarın ortalama normalleştirilmiş akor yer değiştirmesine yol açmaktadır. Bu, FSI modeliyle CFD simülasyonlarından orta yukarı vuruşta d / c = 0.44 ve orta aşağı vuruşta d / c = 0.39 ile karşılaştırılır. Sonuçlar ayrıca, simülasyonlar için modellenmemiş olan deneylerdeki öncü kenar boyunca bazı yayılmasal sapmalar da göstermektedir.
PDMS 10:1 ve PDMS 20:1 yüzgeçlerinin şekil deformasyonları arasında daha fazla karşılaştırma yapılmıştır (Şekil 8A). Yukarı vuruşun ortasında (t = 0 s,) en uzun akor kesitindeki arka kenar yer değiştirmesi, PDMS 10:1 yüzgeci için d/c = 0.36 ve PDMS 20:1 için d/c = 0.51 olarak ölçülmüştür. Son olarak, Şekil 8B, PLIF, FSI ve orta yukarı vuruştaki sert kasalardan yeniden yapılandırılmış 3B yüzgeç şekillerini göstermektedir (t = 0.567s). Bu, mevcut tekniğin FSI simülasyonları için yüksek doğrulukta doğrulama sağlama yeteneğini göstermektedir.
Deformasyon zaman geçmişinin ölçümlerine ek olarak, daha önce de açıklandığı gibi, itme ve mekanik gücün doğrudan ölçümleri, kanat itici performansını analiz etmek için değerli veriler sağlar. Sunulan kinematik için, PDMS 10: 1 yüzgeci, bir gerinim ölçer yük hücresi ile ölçülen Fx = 0.51 N'lik bir strok ortalama itme kuvveti ve akım ve voltaj sensörleri ile ölçülen ortalama Pm = 2.38 W toplam güç üretti. PDMS 10:1 alanı için CFD simülasyonundan hesaplanan itme ve hidrodinamik güç, Fx = 0,50 N ve Ph = 0,49 W verdi. PDMS 20: 1 yüzgeci, deneysel olarak ölçülen bir strok ortalama itme kuvveti Fx = 0.48 N ve ortalama Pm = 2.30 W güç üretti. Hidrodinamik güç, toplam gücün yaklaşık% 20'sini oluştururken, motordaki mekanik kayıplar güç tüketimine daha büyük katkıda bulunuyordu. Bu nedenle, hidrodinamik güç ve verimlilikteki farklılıklar, farklı malzeme özelliklerine sahip kanatçıklar arasında önemli ölçüde değişebilirdi, ancak toplam güç nispeten tutarlı kaldı.
Resim 1: Kanatçıkları (A ve B) ve çekme testi numunelerini (C) dökmek için özel plastik kalıplar. Yüzgeçler için kalıplar ve sert sparlar sert plastikte (siyah ve gri) 3D basıldı ve kanatçıklar ve çekme testi örnekleri, floresan boya (pembe) ile karıştırılmış PDMS'den döküldü. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Deneylerde kullanılan biyoesintili kanatçık planform geometrisi . (A) Düzlemsel lazer kaynaklı floresan (PLIF) deneylerinde kullanılan akor şeklindeki kesitleri gösteren kesikli siyah çizgilerle sert spar (gri) ve PDMS yüzgecini (mavi) gösteren CAD modeli. (B) Sert plastik spar (beyaz) ile floresan PDMS yüzgeci (pembe). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Bitmiş bir yüzgeç ve çekme testi numunesi örneği. Her bir floresan PDMS partisinin malzeme özelliklerini elde etmek için çekme testi için siyah sert bir spar (solda) ve üç Tip IV numune örneği (sağda) ile kalıp dökümlü PDMS yüzgeci. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 4: Deney düzeneği . (A) Deney düzeneğinin lazer ve optik, yeşil lazer levhası, tank, bir platforma monte edilmiş yüzgeç ve kamera ile 3D CAD görünümü. (B) Tanka monte edilmiş kanatçıkları, lazer açıkken ve en sağda görünen bir kamera ile gösteren örnek bir resim. Bu tandem yüzgeç kurulumunda, fin-yüzgeç etkileşimlerinin gelecekteki çalışmaları için kinematiği elde edebilen iki yüzgeç gösterilmesine rağmen, bu çalışmada sadece ön yüzgeç için PLIF ölçümleri kaydedilmiştir. Ayrıca, görüntü kurulumu görselleştirmek için ortam ışığı içerir, ancak sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için tüm deneyler sırasında ortam ışıkları kapatılmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Kalibrasyon görüntüsü. Deneyleri çalıştırmadan önce, mikrometre-piksel oranını ölçmek için standart bir cetvel kullanılarak kalibrasyon görüntüleri elde edildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Bir zaman adımında yüzgeç tıkanıklığının temsili bir örneği ile üst üste yerleştirilmiş üç zaman adımının yüzgeç görüntüleri. Kanatçık kesiti Adım 1 ve 3'te görülebilirken, opak sert spar, kanat pozisyonunun bir tahmininin sarı renkte çizildiği Adım 2'de yüzgeci engeller. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 7: Fin kinematiği. (A) Fin kinematiğinin zaman içindeki strok genliği (±43°) ve (B) eğim genliği (±17°). PDMS 10:1 yüzgeci (açık mavi), PDMS 10:1 yüzgecinin FSI verilerinin (kırmızı) ve sert yüzgecin (siyah) karşılaştırılması, (C) yukarı ve (D) aşağı vuruştaki iki zaman adımında kanat konumlarındaki farkı göstermek için. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Kanatçık deformasyonunun karşılaştırılması . (A) Sertliğin kanat deformasyonu üzerindeki etkilerini göstermek için bir örnek zaman adımında yüzgeç kinematiği elde etmek için PLIF yönteminin karşılaştırılması. Daha uyumlu 20:1 PDMS yüzgeci (koyu mavi) için PLIF ölçümü, daha sert 10:1 PDMS yüzgecinden (açık mavi) daha fazla deformasyon gösterir ve her ikisi de sert bir yüzgeçten (siyah) önemli farklılıklar gösterir. (B) 10:1 PDMS için PLIF'den 3B yeniden yapılandırılmış kanatçık şekilleri, 10:1 PDMS için FSI ve yüzey uyumlarını karşılaştırmak için bir örnek zaman adımında sert kasalar. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 1: Gecikme üreteci için yazılım arayüzü. Gecikme jeneratörünü kontrol etmek için yazılım arayüzleri, iki lazer kafasının zamanlamasını ve kameranın zamanlamasını kanat tetiği ile koordine ederek 30 Hz'de PLIF görüntüleri üretmek için ayarlarla. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 2: PDMS için çekme testi sonuçları. İki PDMS karışımı için gerilim-gerinim eğrileri (20:1, 0,38 MPa'lık elastik modüle sahip daha esnek bir karışım ve 0,82 MPa'lık elastik modüle sahip daha sert bir karışım olan 10:1). Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Kodlama Dosyası 1: "Assembly2.stl", özel yüzgeç kalıplarını 3D yazdırmak için dosyaların bir derlemesidir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Kodlama Dosyası 2: "SimpleFin-AR3Bio-soft-v2-fin2c.stl", yüzgecin servoya ek görevi gören sert bir kısmı olan yüzgeç ekini yazdırmak için kullanılan STL dosyasıdır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Kodlama Dosyası 3: "SimpleFin-AR3Bio-soft-v2b-moldL.stl", esnek yüzgeç için 3D baskı kalıbının sol yarısıdır .
Ek Kodlama Dosyası 4: "SimpleFin-AR3Bio-soft-v2b-moldR.stl", esnek yüzgeç için 3D baskı kalıbının sağ yarısıdır .
Ek Kodlama Dosyası 5: "ASTM-TestPiece-Mold-v2b-TypeIV_Flat_DIN53504.stl", çekme testi için Tip IV numuneler oluşturmak için 3D baskı kalıbıdır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Düzlemsel lazer kaynaklı floresan tipik olarak, sıvıyı bir lazer tabakası25,26'ya maruz kaldığında floresan olan boya ile tohumlayarak sulu akışları görselleştirmek için kullanılır. Bununla birlikte, uyumlu malzemelerdeki deformasyonları görselleştirmek için PLIF kullanımı daha önce bildirilmemiştir ve bu çalışma, PLIF kullanarak esnek katı kanatçıklarda yüksek çözünürlüklü şekil deformasyonunun zaman geçmişi ölçümlerini elde etmek için bir yaklaşımı açıklamaktadır. Bu kanat ölçümlerini FSI simülasyonlarıyla karşılaştırmak, sayısal modelleri doğrular ve kanat tasarımı ve kontrolü için hesaplamalı sonuçların kullanılmasında daha fazla güven sağlar.
PLIF'in uyumlu malzemeler için sınırlamaları arasında, deformasyon karakterizasyonu, yapıdaki opak elemanlara bağlı tıkanmayı içerir (bu çalışmada öncü sert spar). Ek olarak, PLIF tekniği, PDMS-su arayüzündeki ışığın yerel insidans açısı ilişkili kritik değeri aştığında ortaya çıkan toplam iç yansımadan (TIR) etkilenir. Dökme PDMS kanatçıkları optik olarak şeffaf olmasına rağmen, sudan (1.33) çok daha yüksek bir kırılma indisine (1.49) sahiptirler, bu da 63.5 ° 'lik kritik bir açıyla optik bozulmaya ve tıkanmaya yol açar. Bu nedenle, büyük bir deformasyon olduğunda (örneğin, bu çalışmada yüzgeçlerin uçlarına yakın), lokal insidans açısı 63.5 ° 'yi aşabilir. Sonuç olarak, gelen lazer ışını yüzgeciğe geri yansır ve yakalanan görüntüde çok daha büyük bir "floresan alan" ile sonuçlanır ve bu da görüntü kalitesini ve bu teknikten tespit edilen şekilleri etkiler. Gelecekteki çalışmalar için bu sorunu çözmenin bir yöntemi, sodyum iyodür (NaI) çözeltisi40 gibi optik indeks uyumlu bir çalışma sıvısı kullanmaktır. Bununla birlikte, bu konu çoğu yüzgeç kesitini etkilemediğinden, bu durum mevcut çalışma için kapsam dışı kabul edilmektedir.
Optik indeks eşleştirmesi mümkün olmadığında, döküm sırasında floresan pigment konsantrasyonu bu etkiyi azaltmak için ayarlanabilir. Floresan boyanın daha yüksek konsantrasyonları SNR'yi iyileştirebilir, ancak çok fazla pigment varsa ve yüzgecin eğriliği (sapması) yüksekse, iç yansımanın etkisi çok güçlü olabilir. Bu, bu profiller için görüntü genişlemesine neden olabilir. Ek olarak, iç yansımaların etkisini en aza indirmek için beklenen baskın sapmaya (varsa) göre optimum lazer insidans açısını belirlemek için güçlü hususlar yapılmalıdır. Örnek vermek gerekirse, kesit profilleri yukarı ve aşağı konturlar için farklılık gösterir. İkincisinde, ışık yüzgecin LE tarafından kırılırken, sonraki akor konumlarında çoklu iç yansımalara maruz kaldı ve profil şeklini önemli ölçüde genişletti. Yukarı vuruş için, gelen ışık kanatçıkların sert veya esnek kısımlarıyla bir kereden fazla etkileşime girmedi ve bu da net bir profil elde etti. Bu varyasyon, genel bir profil maskesinin algoritmik olarak üretilmesini engeller, çünkü iletim ve yansıma kapsamı inme döngüsü sırasında da değişir. Görüntü analizi bunu ele almak için dinamik bir eşik olarak kabul etse de, otomatik olarak kesitsel bir zarf oluşturmak hala zordur.
İçbükey yüzey, dışbükey taraftan daha iç yansımalara daha yatkındır. Bu nedenle, dışbükey yüzeyin yarı ortalama kanat kalınlığı ile dengelenmesiyle daha doğru bir merkez çizgisi profili elde etmek için alternatif bir yaklaşım araştırılmıştır. Bununla birlikte, ortaya çıkan profil, en küçük kare uyumu ile elde edilene kıyasla önemli ölçüde değişmedi.
Ayrıca, çekme testi ve müteakip eğri uydurma, küçük gerinimler için doğrusal bir gerilme-gerinim ilişkisi varsayar39. Bununla birlikte, bu varsayım, FSI modeline girdi olarak kullanılan hesaplanan özfrekansları etkileyen daha büyük deformasyonlar için geçerli değildir. Bu tür doğrusal olmayan etkileri hesaba katarak daha doğru bir FSI tahmini elde etme çabaları mevcut kapsamın dışında kabul edilir, ancak gelecekteki çalışmalar için geçerlidir.
Böylece, bu çalışma yüzgeç sertliğinin biyoesinlenmiş robotik yüzgeçler üzerindeki etkisini göstermiş ve hesaplamalı modelleri doğrulamıştır. Katı deformasyonların bu ölçümlerini, diğer PLIF çalışmaları25'te açıklandığı gibi sıvı akışlarının eşzamanlı ölçümü ile eşleştirerek, gelecekteki çalışmalar, çeşitli dalga boylarında floresan boyaları ve çoklu kameraları entegre ederek robotik kanatçıklarda, biyo-esinlenmiş yumuşak robotlarda ve diğer uygulamalarda FSI'nın deneysel analizini geliştirecektir. PDMS'nin diğer araştırma alanlarında yaygın kullanımı nedeniyle24, esnek katılarda deformasyonları görselleştirmeye yönelik bu PLIF tekniği, mühendislik, fizik, biyoloji ve tıp alanındaki araştırmacı topluluklarına fayda sağlama potansiyeline sahiptir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Acknowledgments
Bu araştırma, ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı (NRL) 6.2 temel programı aracılığıyla Deniz Araştırmaları Ofisi tarafından desteklendi ve Kaushik Sampath NRL'deki Akustik Bölümü'nün bir çalışanıydı ve Nicole Xu, NRL'deki Hesaplamalı Fizik ve Akışkanlar Dinamiği Laboratuvarları'nda NRC Araştırma Ortaklığı ödülüne sahipti. Yazarlar, teknik destek ve rehberlik için Dr. Ruben Hortensius'a (TSI Inc.) teşekkür eder.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ADMET controller | ADMET | MTESTQuattro | |
| Axon II | Society of Robots | Microcontroller for the fin hardware | |
| Berkeley Nucleonics Delay Generator | Berkeley Nucleonics Corp | Model 525 | BNC delay generator and software |
| BobCat Cam Config | Imperx | Camera settings software | |
| CCD camera | Imperx | B2340 | 4 MegaPixel |
| COMSOL | COMSOL Inc | Commercial structural dynamics software for fluid-structure interaction modeling | |
| D646WP Servo | Hitec | 36646S | 32-Bit, Digital, High Torque, Waterproof Servo for the fin pitch rotation |
| D840WP Servo | Hitec | 36840S | 32-Bit, Multi Purpose, Waterproof, Steel Gear Servo for the fin stroke rotation |
| Electric Pink fluorescent pigment | Silc Pig | PMS812C | |
| EverGreen (532 nm dual pulsed Nd:YAG laser system) | Quantel | EVG00070 | Laser head and power supply, 70 mJ |
| Force transducer | ADMET | SM-10-961 | 10 lbf load cell |
| FrameLink Express | Imperx | Camera capture software | |
| Longpass fluorescence filter | Edmund Optics | 560 nm | |
| MATLAB | MathWorks | Software for image analysis | |
| Planetary centrifugal mixer | THINKY MIXER | AR-100 | |
| Silicone rubber compounds | Momentive | RTV615 | Clear PDMS |
| Stratasys J750 | Stratasys | 3D printer, polyjet | |
| Universal testing machine | ADMET | eXpert 2611 | Table top model |
| VeroBlack | Stratasys | 3D printer material to build the molds | |
| VeroGray | Stratasys | 3D printer material to build the molds |
References
- Barrett, D. S., Triantafyllou, M. S., Yue, D. K. P., Grosenbaugh, M. A., Wolfgang, M. J.
- Hobson, B. W., Murray, M. M., Pell, C. PilotFish: maximizing agility in an unmanned-underwater vehicle. Proceedings of the 11th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology. 99, 41-51 (1999).
- Licht, S., Polidoro, V., Flores, M., Hover, F. S., Triantafyllou, M. S. Design and projected performance of a flapping foil AUV. IEEE Journal of Oceanic Engineering. 29 (3), 786-794 (2004).
- Zhou, C., Wang, L., Cao, Z., Wang, S., Tan, M. Design and control of biomimetic robot fish FAC-I. Bio-mechanisms of Swimming and Flying. , 247-258 (2008).
- Kato, N., et al. Elastic pectoral fin actuators for biomimetic underwater vehicles. Bio-mechanisms of Swimming and Flying. , 271-282 (2008).
- Moored, K. W., Smith, W., Hester, J. M., Chang, W., Bart-Smith, H. Investigating the thrust production of a myliobatoid-inspired oscillating wing. Advances in Science and Technology. 58, 25-30 (2008).
- Sitorus, P. E., Nazaruddin, Y. Y., Leksono, E., Budiyono, A. Design and implementation of paired pectoral fins locomotion of labriform fish applied to a fish robot. Journal of Bionic Engineering. 6 (1), 37-45 (2009).
- Tangorra, J. L., Lauder, G. V., Hunter, I. W., Mittal, R., Madden, P. G. A., Bozkurttas, M. The effect of fin ray flexural rigidity on the propulsive forces generated by a biorobotic fish pectoral fin. Journal of Experimental Biology. 213 (23), 4043-4054 (2010).
- Park, Y. -J., Jeong, U., Lee, J., Kim, H. -Y., Cho, K. -J. The effect of compliant joint and caudal fin in thrust generation for robotic fish. 2010 3rd IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. , 528-533 (2010).
- Palmisano, J. S., Geder, J. D., Ramamurti, R., Sandberg, W. C., Banahalli, R. Robotic pectoral fin thrust vectoring using weighted gait combinations. Applied Bionics and Biomechanics. 9, 802985 (2012).
- Esposito, C. J., Tangorra, J. L., Flammang, B. E., Lauder, G. V. A robotic fish caudal fin: effects of stiffness and motor program on locomotor performance. Journal of Experimental Biology. 215 (1), 56-67 (2012).
- Hannard, F., Mirkhalaf, M., Ameri, A., Barthelat, F. Segmentations in fins enable large morphing amplitudes combined with high flexural stiffness for fish-inspired robotic materials. Science Robotics. 6 (57), (2021).
- Lauder, G. V., Madden, P. G. A. Fish locomotion: kinematics and hydrodynamics of flexible foil-like fins. Experiments in Fluids. 43 (5), 641-653 (2007).
- Bazaz Behbahani, S., Tan, X. Role of pectoral fin flexibility in robotic fish performance. Journal of Nonlinear Science. 27 (4), 1155-1181 (2017).
- Wu, X., Zhang, X., Tian, X., Li, X., Lu, W. A review on fluid dynamics of flapping foils. Ocean Engineering. 195, 106712 (2020).
- Park, H., Park, Y. -J., Lee, B., Cho, K. -J., Choi, H. Vortical structures around a flexible oscillating panel for maximum thrust in a quiescent fluid. Journal of Fluids and Structures. 67, 241-260 (2016).
- Shinde, S. Y., Arakeri, J. H. Flexibility in flapping foil suppresses meandering of induced jet in absence of free stream. Journal of Fluid Mechanics. 757, 231-250 (2014).
- Sampath, K., Geder, J. D., Ramamurti, R., Pruessner, M. D., Koehler, R. Hydrodynamics of tandem flapping pectoral fins with varying stroke phase offsets. Physical Review Fluids. 5 (9), 094101 (2020).
- Young, Y. L. Fluid-structure interaction analysis of flexible composite marine propellers. Journal of Fluids and Structures. 24 (6), 799-818 (2008).
- Hughes, B., Burghardt, T. Automated visual fin identification of individual great white sharks. International Journal of Computer Vision. 122 (3), 542-557 (2017).
- Watanabe, Y., Komuro, T., Ishikawa, M. 955-fps real-time shape measurement of a moving/deforming object using high-speed vision for numerous-point analysis. Proceedings 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 3192-3197 (2007).
- Teng, J., Hu, C., Huang, H., Chen, M., Yang, S., Chen, H. Single-shot 3D tracking based on polarization multiplexed Fourier-phase camera. Photonics Research. 9 (10), 1924 (2021).
- Zhang, B., Dong, Q., Korman, C. E., Li, Z., Zaghloul, M. E. Flexible packaging of solid-state integrated circuit chips with elastomeric microfluidics. Scientific Reports. 3 (1), 1098 (2013).
- Majidi, C. Soft-matter engineering for soft robotics. Advanced Materials Technologies. 4 (2), 1800477 (2018).
- Springer. Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics. , Springer Berlin Heidelberg. Berlin Heidelberg. (2007).
- Crimaldi, J. P. Planar laser induced fluorescence in aqueous flows. Experiments in Fluids. 44 (6), 851-863 (2008).
- Davidson, D. F., Hanson, R. K.
- Academic Press. Handbook of Shock Waves. , Academic Press. San Diego. (2001).
- Yang, W. J. Handbook of Flow Visualization. , Routledge. (2018).
- Cowen, E. A., Chang, K. -A., Liao, Q. A single-camera coupled PTV-LIF technique. Experiments in Fluids. 31 (1), 63-73 (2001).
- Hanson, R. K., Seitzman, J. M., Paul, P. H. Planar laser-fluorescence imaging of combustion gases. Applied Physics B Photophysics and Laser Chemistry. 50 (6), 441-454 (1990).
- Houghton, I. A., Koseff, J. R., Monismith, S. G., Dabiri, J. O. Vertically migrating swimmers generate aggregation-scale eddies in a stratified column. Nature. 556 (7702), 497-500 (2018).
- Mohaghar, M., Webster, D. R. Characterization of non-linear internal waves using PIV/PLIF techniques. 14th International Symposium on Particle Image Velocimetry. 1 (1), (2021).
- Yue, Y., Zhang, H., Zhang, Z., Chen, Y. Tensile properties of fumed silica filled polydimethylsiloxane networks. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 54, 20-27 (2013).
- Ramamurti, R., Geder, J., Viswanath, K., Lohner, R., Soto, O. Coupled CFD, structure and control tool for simulation of flapping wing analysis. , (2019).
- Geder, J. D., Ramamurti, R., Sampath, K., Pruessner, M., Viswanath, K. Fluid-structure modeling and the effects of passively deforming fins in flapping propulsion systems. OCEANS 2021: San Diego - Porto. , 1-9 (2021).
- Anderson, D. A., Tannehill, J. C., Pletcher, R. H., Ramakanth, M., Shankar, V. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. Fourth edition. | Boca. , CRC Press. Boca Raton, FL. Series: Computational and physical processes in mechanics and thermal sciences (2020).
- Löhner, R. Applied Computational Fluid Dynamics Techniques: An Introduction Based on Finite Element Methods. , John Wiley & Sons. Chichester, England; Hoboken, NJ. (2008).
- D20 Committee. Test Method for Tensile Properties of Plastics. , ASTM International. (2022).
- Bai, K., Katz, J. On the refractive index of sodium iodide solutions for index matching in PIV. Experiments in Fluids. 55 (4), 1704 (2014).
