Un protocole pour bioinspirée Conception: Rez-de-Sampler Basé sur Sea Urchin Jaws

Résumé

Un protocole de conception bioinspirée est décrit pour un dispositif d’échantillonnage basé sur les mâchoires d’un oursin. Le processus de bioinspiration comprend l’observation des oursins, la caractérisation de l’embout buccal, l’impression 3D des dents et de leur assemblage, et la bioexploration de la structure de la dent.

Résumé

Le design bioinspiré est un domaine émergent qui s’inspire de la nature pour développer des matériaux et des dispositifs haute performance. L’embouchure de l’oursin, connue sous le nom de lanterne d’Aristote, est une source de bio-inspiration convaincante avec un réseau complexe de musculature et de dents calcaires qui peuvent gratter, couper, mâcher des aliments et percer des trous dans des substrats rocheux. Nous décrivons le processus de bioinspiration comme incluant l’observation des animaux, la caractérisation des échantillons, la fabrication du dispositif et la bioexploration du mécanisme. La dernière étape de la bioexploration permet une compréhension plus profonde de la biologie initiale. L’architecture de conception de la lanterne d’Aristote est analysée par micro-tomodensitométrie et les dents individuelles sont examinées par microscopie électronique à balayage pour identifier la microstructure. Les conceptions bioinspirées sont fabriquées à l’aide d’une imprimante 3D, assemblées et testées pour déterminer le mécanisme d’ouverture et de fermeture de la lanterne le plus efficace. Les dents de la lanterne bioinspirée sont bioexplorées via une analyse par éléments finis pour expliquer d’un point de vue mécanique pourquoi les structures dentaires carénées ont évolué chez les oursins modernes que nous avons observés. Cette approche circulaire permet de tirer de nouvelles conclusions de la biologie et de la nature.

Introduction

Les domaines de la biologie, du matériel biologique science, biomatériaux, bioingénierie et biochimie emploient les techniques et les esprits scientifiques première dans une tentative de fournir une compréhension plus profonde du monde naturel incroyable. Cette recherche a expliqué de nombreuses structures et organismes biologiques les plus étonnants; de la ténacité intrinsèque de l' os humain ^1,2 à grand bec du toucan ^3. Cependant, une grande partie de cette connaissance est difficile à utiliser d'une manière qui peut fournir un avantage pour la société. En conséquence, le champ tangentielle de bioinspiration emploie les enseignements t....

Protocole

1. Biological Materials Science

1. Porter un équipement de protection individuelle (gants, lunettes de protection et une blouse de laboratoire) et de suivre toutes les procédures de sécurité applicables à l' utilisation des outils de dissection.
2. Rincez la pince et scalpel avec de l'eau distillée à utiliser pour la dissection.
3. Décongeler un rose oursin de mer congelés à température ambiante pendant 1 h. Placez un spécimen décongelés dans un plat en verre avec un espace suffisant pour pouvoir manœuvrer les outils d'oursins et de coupe. Tournez l'oursin envers pour que les pointes de dents face vers le haut.
   1. Coupez le....

Résultats

conception bioinspirée du dispositif lanterne d'échantillonnage de l'Aristote dépend fortement de la qualité des méthodes de caractérisation utilisées. Les techniques non-invasives comme μ-CT sont utiles pour l' analyse de l'ensemble de la lanterne et des dents individuelles à appliquer des améliorations spécifiques à l'application pour la conception bioinspirés (figure 4). Pendant ce temps, la microstructure de la dent peut être explorée par l' i.......

Discussion

Les oursins utilisent la lanterne du Aristote (figure 1A) pour une variété de fonctions (alimentation, ennuyeux, pivotants, etc.). Les archives fossiles indique que la lanterne a évolué dans la forme et la fonction du type de cidaroid le plus primitif du type d'oursins modernes ¹⁴ de camarodont. Lanternes Cidaroid ont rainurée longitudinalement dents (figure 1B, en haut) et l' attachement non séparé du muscle à sa structure pyramidale. Cela l.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
BUEHLERMET II 8 PLN 600/P1200	Buehler	305308600102	Papier abrasif pour le polissage
TRIDENT POLISH CLOTH 8" PSA	Buehler	407518	Chiffon de polissage pour 3 μ ; m suspension
METADI SUPREME POLY SUSP,3MIC	Buehler	406631	suspension polonaise (3  ; μ ; m)
MICROTOILE POUR ROUE 8 IN PSA	Buehler	407218	Chiffon poli pour suspension 50 nm
SUSPENSION MASTERPREP, 6 OZ	Buehler	636377006	Suspension polonaise (50  ; nm)
Skyscan 1076 micro-CT Scanner	Bruker		Équipement de scanner Micro-CT
Logiciel Amira FEI	Visualization Sciences Group Logiciel		pour la manipulation 3D des scans Micro-CT
FEI Philips XL30	FEI Équipement Philips		ESEM pour la caractérisation des sections de dents polies
Logiciel de conception SolidWorks Logiciel	Dassault Systems		Logiciel de conception pour le dessin CAO Dispositif bio-inspiré
Logiciel de simulation SolidWorks Logiciel	Dassault Systems		Logiciel de simulation pour le test de résistance du dessin CAO Dispositif bio-inspiré
Dimension 1200es	Stratasys		pour la fabrication d’un dispositif bioinspiré à partir du dessin CAO
Imprimante 3D	ABSplus	Stratasys

de simulation Imprimante 3D plastique