MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)GeorgiaTech76861
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a553.7
■1001  ▼aO'Neil,  Johnathan.
■24510▼aBiomechanics  and  Fluid  Dynamics  of  Amphibious  Locomotion  in  Microvelia
■260    ▼a[Sl]▼bGeorgia  Institute  of  Technology▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a129  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bhalma,  Saad.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Georgia  Institute  of  Technology,  2024.
■520    ▼aUnique  life  inhabits  the  interface  between  air  and  water,  presenting  unique  challenges  and  solutions.  These  specimen  [1,  2]  as  well  as  their  environment  [3,  4]  are  known  as  the  neuston.  For  the  insects  living  in  the  neuston  layer,  long,  hairy  legs  that  leverage  surfacetension  to  support  their  weight  on  the  water's  surface  provide  the  solution.  One  such  insectis  the  Mirovelia,  which  uses  the  alternating  tripod  gait  to  walk  on  the  water's  surface.  This  gait,  shared  by  many  terrestrial  insects  like  ants  and  cockroaches,  allows  the  Mirovelia  to  move  efficiently  on  both  land  and  water-a  feat  other  semiaquatic  insects  struggle  with.We  explore  how  the  Mirovelia  maneuvers  its  body  to  thrive  in  both  environments,  utilizing  water's  surface  for  forward  propulsion.In  the  neuston  layer,  various  animals  employ  different  techniques  to  walk  on  water.Some  animals  slap  the  water's  surface  fast  enough  to  avoid  sinking  [5,  6,  7,  8,  9],  while  smaller  creatures,  like  spiders  [10,  11,  12,  13]  and  insects  [14,  15,  16],  leverage  surface  tension.  They  often  use  either  the  rowing  gait  [14,  17]  or  the  alternating  tripod  gait  [14,16].    Since  the  rowing  gait  is  not  optimized  for  land  locomotion  [16],  we  study  the  M.americana  to  understand  how  the  alternating  tripod  gait  enables  amphibious  movement.The  focus  of  this  dissertation  is  the  biomechanics  and  fluid  dynamics  of  Mirovelia  amer-icana.  Specifically,  we  examine  three  aims:  the  biomechanics  of  amphibious  locomotion  in  M.  americana,  the  specialized  leg  dynamics  of  M.  americana  on  water,  and  the  vortex  interaction  in  M.  americana  on  water.First,  we  explore  how  M.  americana  adjusts  its  gait  to  walk  on  land,  water,  and  duckweed-covered  water,  a  common  neuston  inhabitant.  We  compare  the  differences  in  body  and  leg  speed  across  these  surfaces  and  examine  how  M.  americana  adjusts  its  joint  angles  and  stride  frequency  to  navigate  rough  and  patchy  terrain.  From  these  experiments,  we  discover  that  M.  americana  bend  their  front  and  hind  tibiofemoral  joint  at  higher  amplitudes  when  walking  on  rough  or  heterogeneous  substrates  as  opposed  to  walking  on  water.  The  front  egs  move  their  legs  at  a  higher  amplitude  on  rough  and  heterogeneous  surfaces  compared  to  water,  while  the  hind  legs  decrease  their  strides  on  rough  or  heterogeneous  surfaces.Next,  we  investigate  the  role  of  each  leg  pair  in  M.  americana.  By  removing  the  tarsus(foot)  or  pairs  of  tarsi,  we  evaluate  the  impact  on  the  insect's  speed  and  directionality,determining  which  legs  are  primarily  responsible  for  balance,  propulsion,  and  stabilizing  direction.  Through  experiments,  we  discover  that  the  middle  legs  act  as  the  main  propellers  in  the  system  while  the  hind  legs  act  as  rudders.  Therefore,  the  middle  legs  are  needed  for  movement  and  speed  while  the  hind  legs  stabilize  direction.We  then  examine  the  fluid  dynamics  of  the  alternating  tripod  gait  through  fluid  visu-alization  and  image  analysis.    We  measure  vortex  intensity  via  circulation  and  track  the  placement  of  the  middle  and  hind  legs,  discovering  that  the  hind  legs  step  into  vortices  created  by  the  anterior  middle  legs.  We  analyze  the  physics  of  this  wake  recapture  and  its  impact  on  thrust  on  the  water's  surface.  Our  models  suggest  that  M.Americana  gain  thrust  when  the  hind  legs  recapture  the  vortex  created  by  the  middle  leg.In  conclusion,  the  findings  from  this  research  provide  insights  into  the  biomechanics  and  fluid  dynamics  of  M.americana,  which  can  influence  the  design  of  amphibious  robots.Future  research  ideas  in  studying  M.  americana  for  biology,  biophysics,  biomechanics,  elastocapillarity,  and  robotics  are  also  proposed.
■590    ▼aSchool  code:  0078.
■650  4▼aWater
■650  4▼aVortices
■650  4▼aFluid  dynamics
■650  4▼aBiomechanics
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■650  4▼aFluid  mechanics
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■690    ▼a0204
■71020▼aGeorgia  Institute  of  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05B.
■790    ▼a0078
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360400▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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