PVDF 膜センサーによる上方ジャンプ アメンボの脚に行動力の測定
Summary
ここのプロトコルは無料調査と水面にアメンボの速い工作専用です。プロトコルには、足の微細構造を観察し、異なる速度で水面からの出発時に接着力を測定が含まれています。
Abstract
本研究の目的説明したい現象の自然の中、アメンボ通常ジャンプ、または簡単に、すぐに水面を滑る、そのピークの移動で到達 150 cm/s の速度。まず、微細構造と階層の走査型電子顕微鏡を用いたアメンボの足を見ました。足の観察された形態に基づくエネルギー削減の面で楽水表面上でスライドするアメンボの機能を説明する水面から剥離の理論モデルは設立されました。第二に、全体の相互作用のプロセスを検出できる優れた感度と PVDF フィルム センサーを用いた力計測システムが考案されました。その後、水と接触して単一の足が異なる速度で上方に引っ張られ、同時に粘着力を測定しました。出発の実験の結果は、アメンボの高速ジャンプの深い理解を提案しました。
Introduction
自然の中でアメンボはジャンプしたり、ほっそりと濡れ足1,2,の3,の4、5の助けを借りて水の表面に簡単かつ迅速を滑空する驚くべき能力を所有しています。しかし、地上の昆虫とは異なり、ゆっくりと、ほとんど移動します。アメンボの階層構造が水と脚6,7,8,間の接触面積と接着力の劇的な削減をレンダリングする超撥水状態を安定化させる9します。 ただし、水面からアメンボの迅速な解放の流体力学的利点のまま悪い解釈10、11,12。
水面からジャンプのプロセスは 3 段階13,14,15,16に主に分けられます。最初は、アメンボが水面下最大の深さに沈むまで水の表面エネルギーに生物学的エネルギーを変換する中央と後部の脚はジャンプの方向を初期化し、特定の昆虫を有効をプッシュします。脱着速度。昇順段階によって続かれて、昆虫によって押される上方湾曲した水面の毛管力最大の速度に到達するまで。最終的な撤退の段階で、アメンボは、水面からの脱却まで慣性で上昇し続けているが、付着力により速度を大幅に軽減、水でのエネルギー消費量に関するプリンシパルの影響がある、アメンボ。したがって、撤退の段階で別の離陸速度で接着力を測定し、高速移動の特徴を説明するこのプロトコルを提案する.
ときに水面から推進あめんぼ類の付着力を探検する多くの研究をされています。リー & キム、理論的・実験的確認必要な接着力とエネルギーの接触角度が 160 度17に増加したときに劇的に減少したアメンボの足を持ち上げること。パン ジェン魏はその重量18の 1/5 に発見された TriboScope システムによって粘着力を測定する水圧実験を設計されています。Kehchih 黄は 2 D モデルが付いている水からデタッチと脚の多次元センサーデー接着力とエネルギー散逸19を減らすに重要な役割を発見足の準静的過程を分析しました。ただし、前の研究で凝着力の計測は高速ジャンプ中接着力変化を監視できなかった準静的プロセスの状態にだけあった。
本研究では、ポリフッ化ビニリデン (PVDF) 膜センサーおよび他の補助器具を使用して動的な力計測システムを設計されています。他の圧電材料と比較して、PVDF より高い感度20,21,22動的マイクロカを測定に最適です。PVDF 膜センサーをシステムに統合することによってリアルタイム付着力検出でき水表面23,24,25脚引いていた時に処理されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルでは、PVDF 膜センサーを用いた力計測システムは正常に考案、組み立て、水面から粘着力を測定するために校正します。全体の手順の間で重大だった水の簡単な工作の顕著な特性に焦点を当てて接着力がこの研究として水面から足を持ち上げることによって異なる速度で測定しました。実験の結果は、昇降速度を上げて、付着力が減少したことを示した。彼らは、水を高速で?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、彼らのサポートのキー技術研究と科学省と中国の技術 (ナンバー 2011BAK15B06) の開発プログラムをありがちましょう。ビデオ撮影を完了私たちを助けるために私たちの研究室から修士課程である修也庄をありがとうございます。
Materials
| PVDF film sensor | TE Connectivity | DT1-028K/L | The PVDF film sensor is used to sense the dynamic contact force . |
| Charge amplifier | Wuxi Shiao Technology co.,Ltd | YE5852B | The charge amplifier is an electronic current integrator that produces a voltage output proportional to the integrated value of the input |
| Data acquisition device | National Instruments | USB-4431 | The data acquisition device is used to read the voltage data. |
| Displacement stage | ZOLIXINSTRUMENTS CO.LTD | KSAV1010-ZF | KSAV1010/2030-ZF is a wedge vertical stage with high-resolution, high-stability and high-load. |
| CCD camera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | digital microscope A1 | Frame rate: 30 frames/sec;Focal distance: 5mm – 30mm |
| Computer | Lenovo | G480 | |
| Servomotor | EMAX US Inc. | ES08MD | It's not bad this servo with speed varying from 0.10 sec/60° / 4.8v to 0.08 sec/60°/6.0v. |
| Mechanical Pipettes | Dragon Laboratory Instruments Limited | YE5K693181 | The pipettes cover volume range of 0.1 μl to 2.5 μl |
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