Design of a bellow actuator inspired by the squid locomotion

Abstract

Su altındaki yaşam her zaman birçok araştırmacının dikkatini uzun yıllardır çekmeyi başarmıştır. Özellikle, kalamarın su altındaki yüzme performansından esinlenerek bu çalışmada bir kalamarın saniyeden daha az bir sürede 30 - 40 km/h hıza çıkmayı nasıl başardığını anlamak amaçlanmıştır. Bir kalamarın yüzme tekniği diğer su altı canlıları ile karşılaştırıldığında oldukça farklıdır. Kalamarlar genelde başlangıçta karın boşluklarında bulunan suyu çok kısa zaman içerisinde püskürterek güçlü jetler oluştururlar. Böylece, karın dokusu duvarı karın boşluğundaki suya önemli bir basınç uyguladığı zaman bir kalamarın karın boşluğu önemli bir rol oynar. Bu çalışmada, dairesel (çember) ve radyal kaslardan oluşan organik bir kompozit olan kalamar karın dokusunun elastik modülü, kayma modülü ve Poisson oranı tespit edilmiştir. Kalamar karın dokusunun mekanik özelliklerini bilmek ve kompozit modelini çıkarmak kalamarın yüzme stilini açıklamakta faydalı olacaktır. Çekme testi sonuçları, karın dokusunun elastik modülünü 500 ila 800 kPa arasında göstermektedir. Kesme modülü değerleri 11 ile 15 kPa arasında değişmektedir. Kısıtlı ve kısıtsız sıkıştırma testi sonucunda Poisson oranı yaklaşık 0.34 olarak tespit edilmiştir. Mikroskobik doku analizi radyal kasların dairesel (çember) kaslara oranını 1'e 12 olarak vererek kasların hacim fraksiyonu hakkında bilgi vermiştir. Kalamar karın duvarının mekanik özelliklerinden faydalanarak birleşik bir kalamar karın duvarı dizaynı yapıldı. Dairesel ve radyal kas yapısı gerçek kalamardan öğrenildi ve birleşik kalamar dizaynında kullanıldı.Ayrıca, kalamar hareket sistemine benzer bir test sistemi düzenlendi. Kalamar karnı olarak körük kullanılıyor. Deney düzeneğinde çelik yaylar ve şekillendirilebilir yaylar kullanılıyor. Çelik yaylar körüğü sıkmak için kullanılıyor, şekillendirilebilir yaylar ise çelik yayları çekip körüğü eski haline getirebilmek için kullanılıyor.

Squids, members of the cephalopods, are known to be the fastest swimmers in aquatic invertebrates because of their unique swimming performance under water. The swimming technique of a squid is quite different when compared with other aquatic creatures. Squids typically produce powerful jets by impulsively ejecting the water initially in their mantle cavity. Therefore, a mantle cavity of a squid plays a key role when a mantle wall tissue applies a significant pressure to the water inside the mantle cavity prior to accelerate. The purpose of the present study is to identify the mechanical properties of mantle wall tissue made from an organic composite composed of circular, radial muscles and designing squid mantle cavity analytically. The results of the tensile test indicated that mean elastic moduli of the mantle tissue ranged from 500 to 900 kPa while shear modulus values for the tissue varied from 11 to 15kPa. Besides, a compression test showed that the Poisson's ratio was about 0.34 for the tissue and microscopic tissue analysis showed that the volume fraction ratio of the radial muscles to circular (hoop) ones were 1 to 8.6.Mechanical properties of squid mantle is used to create a composite squid mantle wall. Circular muscles and radial muscles' working structures are known and designed as real squid mantle wall.Also, squid locomotion system experimental test setup are made. As a squid mantle wall, bellow is used. Shape memory alloys and steel springs are used as a bias spring. Steel springs used to compress the bellow and shape memory alloys make the test setup back to initial position to examine the propulsion.