Hydrodynamics of outer flow at low Reynolds numbers for locomotion and flow control

用于运动和流量控制的低雷诺数外流的流体动力学

基本信息

  • 批准号:
    1603929
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.79万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-15 至 2020-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PI: Takagi, DaisukeProposal Number: 1603929The focus of the proposed project is to investigate the dynamics and associated fluid flow around small organisms driven by multiple appendages. The goal is to develop theoretical understanding and new mathematical models based on experiments for the swimming of small animals that could be used to challenge existing concepts of aquatic locomotion and to design micro-robots that can move autonomously in aquatic environments. The proposed activities are expected to reveal new flow patterns around crustaceans, which move differently from the flagellated and ciliated microorganisms that have attracted much attention to date. The project will elucidate the basic physical mechanisms of generating seemingly complex patterns of Stokes flow using a simple combination of paddling legs as performed by swimming and feeding crustaceans. The flow fields should be different from those commonly assumed in existing models of the collective behavior of swimmers, so they may produce novel interactions with other organisms and boundaries and produce new emergent behavior. The results can impact fields beyond fluid dynamics including biological and soft matter physics. In addition to elucidating the swimming and feeding behavior of small organisms, the work could inspire novel designs for driving and controlling flow in practical applications such as the development of versatile and efficient biomimetic robots. There is also an outreach and education plan that involves hands-on demonstrations of robots to promote STEM education at local public schools in Hawaii. The proposed activities involve participation of K-12 teachers and students from underrepresented groups including Native Hawaiians and Pacific Islanders.
PI:Takagi,Daisuke 提案编号:1603929 拟议项目的重点是研究由多个附属物驱动的小型生物体周围的动力学和相关流体流动。目标是基于小动物游泳实验发展理论理解和新的数学模型,可用于挑战现有的水中运动概念,并设计可在水生环境中自主移动的微型机器人。拟议的活动预计将揭示甲壳类动物周围的新流动模式,其运动方式与迄今为止引起广泛关注的有鞭毛和纤毛微生物不同。该项目将阐明利用游泳和进食甲壳类动物所执行的划腿的简单组合来产生看似复杂的斯托克斯流模式的基本物理机制。流场应该与现有游泳者集体行为模型中通常假设的流场不同,因此它们可能会与其他生物和边界产生新的相互作用,并产生新的涌现行为。研究结果可能会影响流体动力学以外的领域,包括生物和软物质物理学。除了阐明小生物的游泳和进食行为之外,这项工作还可以激发实际应用中驱动和控制流动的新颖设计,例如开发多功能且高效的仿生机器人。还有一项外展和教育计划,其中包括机器人的实践演示,以促进夏威夷当地公立学校的 STEM 教育。拟议的活动涉及来自夏威夷原住民和太平洋岛民等代表性不足群体的 K-12 教师和学生的参与。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Directional Hydrodynamic Sensing by Free-Swimming Organisms
自由游动生物体的定向水动力传感
  • DOI:
    10.1007/s11538-017-0368-0
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Takagi, Daisuke;Hartline, Daniel K.
  • 通讯作者:
    Hartline, Daniel K.
Analysis of efficient strokes for multi-legged microswimmers
多足微型游泳者有效泳姿分析
Sub-Riemannian geometry, Hamiltonian dynamics, micro-swimmers, copepod nauplii and copepod robot
Going with the flow: hydrodynamic cues trigger directed escapes from a stalking predator
随波逐流:水动力线索触发逃离跟踪捕食者
  • DOI:
    10.1098/rsif.2018.0776
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Tuttle, Lillian J.;Robinson, H. Eve;Takagi, Daisuke;Strickler, J. Rudi;Lenz, Petra H.;Hartline, Daniel K.
  • 通讯作者:
    Hartline, Daniel K.
Asynchronous oscillations of rigid rods drive viscous fluid to swirl
刚性杆的异步振荡驱动粘性流体产生漩涡
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.2.124101
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Hayashi, Rintaro;Takagi, Daisuke
  • 通讯作者:
    Takagi, Daisuke
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  • 影响因子:
    0
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Daisuke Takagi;Masatoshi Kageyama;Yamamoto Kenta;Hiroshi Matsumoto
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    Hiroshi Matsumoto
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    2021
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Daisuke Takagi;Masatoshi Kageyama;Yamamoto Kenta;Hiroshi Matsumoto;西啓太
  • 通讯作者:
    西啓太

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