Contact Force and Biomedical Applications 

触点压力与生物医学应用

为论证S3F在人工心脏应用的可行性,ISSI与PSU开展了最初的测试。将S3F膜喷涂在Acrylic Penn State 50cc心脏模型表面,厚度大约1mm,剪切模量大约300Pa。S3F数据采集系统包括脉冲LM4X LED阵列作为光源,PCO.1600CCD相机采集图像。透明的心脏模型使得油膜很容易由数采系统取得。采集泵循环一系列相位的数据,相位可通过锁相脉冲LED与脉冲泵相机控制。如下图,剪切应力场约在55ms(舒张早期),心脏壁上均已剪切力的大部分区域表面流场从心脏壁底部移动,然后分离成一条线。300ms(舒张晚期)处的单帧图像显示出复杂的自然流场沿着模型壁背后流动的情况。油膜显示出回流与循环区域,以及可能的分流。

S3F-ArtHeartModel

S3F经过调整可以适应各种环境和很宽范围的剪切模量,从气流到接触式剪切力。一个应用案例为汽车轮胎测量。包括相机,电脑,光源在内的测量系统安装在透明平板之下,轮胎从涂有S3F的平板上滚过,相机可记录形变。轮胎印记显示法向力可通过下面左图看到,法向力与剪切力可通过S3F计算出来,此例中滚动压力达到60000磅。

S3F10

S3F的另一个应用时测量触点压力,如脚或鞋下的法向与切向力研究。最初实验为考察系统可能性。模型为丙烯制作的板,涂有S3F,相机与光源置于板底。数据以15Hz频率采集(受限于相机帧速),模拟物体穿鞋或光脚在S3F表面行走。行走周期两个相位的法向与切向形变场如图,注意最大载荷区域的剪切力。为展示系统的空间分辨率,可拍摄一张静态图片,物体置于油膜之上。法向形变场(右上图)证明系统对局部应力响应的可行性。

S3F11