एक रोबोट मंच कैलिफोर्निया समुद्र शेर की Foreflipper अध्ययन करने के लिए
Summary
एक रोबोट मंच में वर्णित है कि hydrodynamic प्रदर्शन बलों और तैराकी कैलिफोर्निया समुद्र शेर-का flowfields अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा। रोबोट जानवर के foreflipper का एक मॉडल है कि मोटर्स द्वारा actuated है उसके आगे बढ़नेवाला स्ट्रोक ( 'ताली') के प्रस्ताव को दोहराने के लिए है।
Abstract
कैलिफोर्निया समुद्र शेर (Zalophus californianus), एक चुस्त और शक्तिशाली तैराक है। कई सफल तैराक (डॉल्फिन, ट्यूना) के विपरीत, वे उनके बड़े foreflippers के साथ उनके जोर का सबसे उत्पन्न करते हैं। इस प्रोटोकॉल तैराकी कैलिफोर्निया समुद्र शेर (Zalophus californianus) की hydrodynamic प्रदर्शन का अध्ययन करने के लिए बनाया गया एक रोबोट मंच का वर्णन है। रोबोट जानवर के foreflipper का एक मॉडल है कि मोटर्स द्वारा actuated है उसके आगे बढ़नेवाला स्ट्रोक ( 'ताली') के प्रस्ताव को दोहराने के लिए है। समुद्र शेर के आगे बढ़नेवाला स्ट्रोक का कीनेमेटीक्स स्मिथसोनियन प्राणी उद्यान (SNZ) पर अगोचर, गैर अनुसंधान समुद्र शेर का वीडियो डेटा से निकाले जाते हैं। उन डेटा यहाँ प्रस्तुत रोबोट पट्टिका का प्रवर्तन गति के आधार फार्म। रोबोट पट्टिका की ज्यामिति एक वयस्क महिला समुद्र शेर की एक foreflipper, पूर्ण पैमाने पर पट्टिका के बारे में 60% करने के लिए बढ़ाया का एक उच्च संकल्प पर लेजर स्कैन आधारित है। व्यक्त मॉडल तीन J हैoints, कोहनी, कलाई और अंगुली समुद्र शेर foreflipper के संयुक्त नकल उतार। जब बाकी हिस्सों से त्वरक रोबोट मंच गतिशीलता गुण-रेनॉल्ड्स संख्या और टिप पशु गति से मेल खाता है। रोबोट पट्टिका प्रदर्शन (बलों और torques) और जिसके परिणामस्वरूप flowfields निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
Introduction
वैज्ञानिकों ने समुद्र शेर तैराकी (ऊर्जा, परिवहन की लागत, खींचें गुणांक, रेखीय गति और त्वरण 1-3 की बुनियादी विशेषताओं की जांच की है, वहीं हम इस प्रणाली का द्रव गतिशीलता के बारे में जानकारी की कमी है। इस ज्ञान के बिना, हम संभावित उच्च गति की सीमा , शरीर-दुम फिन (बीसीएफ) हरकत मॉडल 4 के लिए उच्च गतिशीलता इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों। एक अलग तैराकी प्रतिमान निस्र्पक करके, हम डिजाइन उपकरणों की हमारी सूची, विशेष रूप से क्षमता के साथ उन शांत, तैराकी के stealthier रूपों सक्षम करने के लिए विस्तार की उम्मीद है। इस प्रकार , हम 5,6 foreflipper एक रोबोट समुद्र शेर का उपयोग करते हुए कैलिफोर्निया समुद्र शेर और प्रयोगशाला जांच के प्रत्यक्ष अवलोकन के माध्यम से समुद्र शेर तैराकी के मौलिक तंत्र का अध्ययन।
एक रोबोट मंच 7: ऐसा करने के लिए, हम जटिल जैविक प्रणालियों की खोज के लिए एक सामान्य तकनीक का इस्तेमाल रोजगार देगा। कई अध्ययनों से हरकत-बॉट8,9 चल रहा है और 10 -have तैराकी की ज जानवरों की या तो जटिल 11 या अत्यधिक सरलीकृत 12 यांत्रिक मॉडल के आधार पर किया गया है। आमतौर पर, रोबोट प्लेटफार्मों जबकि शोधकर्ताओं बड़े पैरामीटर रिक्त स्थान 13-15 पता लगाने के लिए अनुमति देता है, मॉडल प्रणाली का सार बरकरार रहती है। जबकि नहीं हमेशा पूरी प्रणाली निस्र्पक, ज्यादा इन प्लेटफार्मों कि एक लोकोमोटिव प्रणाली का एक घटक को अलग माध्यम से सीखा है। उदाहरण के लिए, अस्थिर प्रणोदक के मौलिक कामकाज, पीछे और आगे carangiform तैराकी के दौरान एक दुम फिन की व्यापक तरह, तीव्रता से पिचिंग और / या heaving पैनलों 12,16,17,18 की प्रायोगिक जांच के माध्यम से पता लगाया गया है। इस मामले में, हम तरीके है कि पशु आधारित अध्ययन नहीं कर सकते में इस जटिल गति के कुछ तरीके अलग कर सकते हैं। प्रणोदन के उन बुनियादी पहलुओं तो वाहनों जो जैविक जटिलता विकास प्रदान करता है की जरूरत नहीं है के डिजाइन में इस्तेमाल किया जा सकता है।
<p class="Jove_content"> इस पत्र में, हम समुद्र शेर स्ट्रोक जोर-उत्पादन की 'ताली' चरण की खोज के लिए एक उपन्यास मंच प्रस्तुत करते हैं। केवल एक ही foreflipper-'roboflipper'-मंच में शामिल थे। इसके ज्यामिति एक कैलिफोर्निया समुद्र शेर (Zalophus californianus) नमूना के जैविक स्कैन से बिल्कुल ली गई है। Roboflipper 'जानवरों पिछले अध्ययनों 1 से प्राप्त की गति को दोहराने के लिए प्रेरित किया जाता है। यह रोबोट पट्टिका तैराकी समुद्र शेर की hydrodynamic प्रदर्शन की जांच करने के लिए और जानवरों के अध्ययन, बड़े जलीय स्तनपायी की विशेष रूप से उन लोगों की तुलना में एक व्यापक पैरामीटर अंतरिक्ष का पता लगाने के लिए, उपज कर सकते हैं इस्तेमाल किया जाएगा।Protocol
Representative Results
Discussion
रोबोट पट्टिका तंत्र हमें तैराकी कैलिफोर्निया समुद्र शेर की hydrodynamics समझने के लिए अनुमति देगा। यह बुनियादी जोर उत्पादन स्ट्रोक ( 'ताली'), और साथ ही गैर-शारीरिक बदलाव है कि जानवरों के अध्ययन की जांच नहीं क?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Dragon Skin 20 | Smooth-on | ||
| Dragon Skin 20 medium | Smooth-on | ||
| Object24 | Stratasys | 3D printer | |
| Stand Mixer | Hamilton | ||
| PKS-PRO-E-10 System | Anaheim Automation | PKS-PRO-E-10-A-LP22 | Controller and Servo Motor |
| Artec Eva | Artec 3D | 3D light scanner with resolution of 0.1mm | |
| Artec Spider | Artec 3D | 3D light scanner with resolution of 0.5mm | |
| Steel plate | Mcmaster | ||
| Carbon Tow | Fibreglast | 2393-A | |
| Hardened Precision 440C Stainless Steel Shaft | Mcmaster | 6253K49 | |
| Tygon PVC Clear Tubing | Mcmaster | 6546T23 | |
| Kevlar Thread | Mcmaster |
References
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