Spider orb web, investigating structuralfeatures and using biomimicry for latticedesign
Örümcek daıresel ağının yapısalözelliklerinin araştırılması ve kafestasarımı için bıyomimikri kullanılmasıüzerıne
- Tez No: 928968
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEYMUR JAHANGIROV, DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Makine Mühendisliği, Biophysics, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyofizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Örümcek ağı, av yakalamak ve bir algılama aracı olarak kullanılmak gibi birden fazla rolü yerine getirmek için evrimleşmiştir. Örümcek ağı, önemli bir ivmeyle üzerine uçabilen bir avı durdurabilme özelliklerne sahip olmalıdr. Küre ağı örücü örümceklerin çoğunlukla kör olduğu düşünüldüğünde, ağın ayrıca avın nerede olduğu konusunda doğru bilgi iletmesi gerekir. Bu rollere yardımcı olan ağın bu işlevleri yerine getireblimesi için bir çok yapısal özellikleri bulunmaktadır, bu özelliklerin bazıları bilinmektedir ve bazıları da aydınlatılmayı beklemektedir. Bu durum göz önünde bulundurularak bu tezde iki bölüm bulunmaktadır. lk bölüm örümceklerin belirli bir ağ kurma davranışı ve bunun sinyal iletimini nasıl etkilediğiyle ilgilidir ve diğeri örümcek ağının bilinen yapısal özelliklerinden bazılarını kullanarak enerji emilimi için yeni bir kafes tasarımı oluşturmaktır. Bu çalışmanın ilk bölümü, örümcek ağlarının yapısından esinlenerek enerji emilimi için yeni bir kafes (SW) tasarlamakla ilgilidir. Örümcek dairesel ağı, dört yapısal elemandan oluşur; çapa, çerçeve, radyal ve spiral iplikler ve ilk üçü yapısal bütünlüğü sağlayan ana bileşenlerdir. Bu bileşenler hiyerarşik bir yapıya sahiptir, ankrajlar ortama bağlanır ve genellikle en kalın bileşendir, radyal ise en ince ipliklerle en içteki kısmı oluşturur. Çerçeveler, ankraj ve yarıçaplar arasındaki bağlantıyı oluşturur, bu nedenle aralarında doğrudan bir bağlantı yoktur ve genellikle yarıçaplar ve ankraj iplikleri arasında bir kalınlık değerine sahiptir. Bu özellikler, örümcek dairesel ağının enerji emilimi için verimli olan dayanıklı bir yapı olmasına yardımcı olur, bu nedenle aynı özellikler kullanılarak enerji emilimi için bir kafes yapısı tasarlanmıştır. Bu tasarım daha sonra üstün Enerji Emilim Verimliliği (EAE) ve Enerji Emilimi (EA) değerine sahip olacak şekilde optimize edilmiştir. İkinci bölüm, mantığa aykırı görünen bir ağ inşa etme davranışıyla ilgilidirörümceklerin ağırlığı arttıkça ipliklerin gerilimini artırır ve bu da ağın avları durdurma ve sabitleme yeteneğini azaltır. Bu davranışı araştırmak amacıyla gerilim değerleri kontrol edilebilir bir örümcek ağı modeline ihtiyaç vardır, bu nedenle bir gerilim ayarlama algoritması geliştirilmiştir. Örümcek ipeğinin mekanik davranışını ve doğada görülen ağ gerilme değerlerini tanımlamak için doğrusal olmayan malzeme özelliklerini kullanarak gerçekçi bir örümcek ağı modeli oluşturulmuştur. Bu model kullanılarak, Katı Mekanik'e dayalı bilişsel bir yöntem kullanılarak değişen örümcek ağırlığı ve ağ gerilme değerlerine sahip farklı senaryolar simüle edilmiştir. Sonuçlarımız, bu davranışın örümcek ağındaki sinyal iletimiyle ilişkili olma olasılığının yüksek olduğunu göstermektedir. Örümcek ağı, avını yakalama işlevini korurken rüzgar ve yağmur gibi zararlı çevresel faktörlere dayanacak şekilde evrimleşmiştir. Örümcek ağının yapısını anlamak, benzer dayanıklılığı uygulayarak mühendislik tasarımlarını iyileştirmemizi sağlayabilir. Bu tezde hem örümcek ağının incelenmesi için bir çalışma hem de örümcek ağının yapısından esinlenen bir biyomimik uygulaması sunulmaktadır. Konuların birisinin biyolojiye, diğerinin ise makine mühendisliğine daha yakın olması nedeniyle farklı alanlar gibi görülebilir, ama bu iki konu da aynı amaca hizmet ediyor, bu amaç ise dairesel örümcek ağının nasıl işlediğini ve ondan nasıl fikir alabileceğimizi anlamaktır.
Özet (Çeviri)
Spider orb web has evolved to fulfil multiple roles, such as catching prey and acting as a sensing tool. For orb-weavers, the web must stop and retain prey, which can fly into it with considerable momentum. Considering orb weaver spiders are mostly blind, the web must also transmit accurate information about the prey's location. There are many web features aiding these roles; some are known, and some are waiting to be shed light on. Considering these two cases, there are also two parts in this thesis, the first part is about a particular web-building behaviour of spiders and how it affects the signal transmittance, and the other is about creating a new lattice design for energy absorption utilizing some of the known structural characteristics of the spider web. The first part of this study is about designing a new lattice (SW) for energy absorption inspired by the structure of spider webs. Spider orb web comprises four structural elements: anchor, frame, radial, and spiral threads. The first three are the main components that provide structural integrity. These components have a hierarchical nature; the anchors bind to the environment and are generally thickest, while radii form the innermost part with the thinnest threads. The frames make up the connection between the anchor and radii; thus, there is no direct connection between them, and they generally have a thickness value between the radii and anchor threads. These features help the spider orb web to be a resilient, efficient structure for energy absorption, so using the same properties, a 3D lattice was designed for energy absorption. This design is then optimized for improved Energy Absorption Efficiency(EAE) and Energy Absorption(EA) value. The second part is about web-building behaviour that seems counterintuitive, heavier spiders increase the pretension of the threads as they get heavier, which diminishes the ability of the web to stop and retain prey. To investigate this behaviour, a spider web model with controllable pretension is needed; thus, a pretension-adjusting algorithm has been developed. A realistic spider web model was created using non-linear material properties to describe the mechanical behaviour of the spider silk and web pretension values seen in nature. Using this model, different scenarios with changing spider weight and web pretension were simulated using a numerical method based on Solid Mechanics. Our results show that this behaviour is likely related to the signal transmittance on the spider web. Spider web evolved to withstand damaging environmental factors such as wind and rainfall while preserving its functionality for trapping prey. Understanding spider web structure could lead us to improve engineering designs by implementing similar resiliency. This thesis presents a study investigating spider webs and a biomimicking application inspired by spider web structure. So, while the two areas are different in the sense that one is closer to biology while the other is to mechanical engineering, they serve the same purpose: understanding how this structure, spider orb-web, functions and how we can take ideas from it.
Benzer Tezler
- Kognitive fähigkeiten der radnetzspinne Nephila senegalensis
Başlık çevirisi yok
SEBAHAT POLAT
Yüksek Lisans
Almanca
2012
BiyolojiUniversität HamburgBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JUTTA SCHNEIDER
PROF. DR. SUSANNE DOBLER
- Bursa Uludağ yöresi ağ ören örümceklerinin (Arachnida, Araneae) sistematik yönden incelenmesi
Systematics of the orb weaver spiders (Arachnida, Araneae) of Uludağ mountain (Bursa)
RAHŞEN KAYA
- Systematics and ecology of orb-weaving spiders (Araneae;Araneidae) in Thracian part of İstanbul
İstanbul'un Trakya yakasındaki dairevi ağ ören örümceklerinin (Araneae;Araneidae) sistematik ve ekolojisi
ÜMİT KEBAPÇI
- İç Anadolu bölgesindeki Tetranychid akarların (Acari: Tetranychidae) DNA barkodlaması ve Tetranychus urticae popülasyonlarının bazı akarisitlere karşı direnç durumlarının belirlenmesi
DNA barcoding of Tetranychid mites (Acari: Tetranychidae) in Central Anatolia and determination of resistance status of Tetranychus urticae populations to some acaricides
EMRE İNAK
- Elma bahçelerinde kırmızı örümcek savaşımında neoseiulus californicus (McGregor) (acari: phytoseiidae) 'un farklı salım oranlarının etkinliğinin belirlenmesi
Determination the effectiveness of different release rates of neoseiulus californicus (McGregor) (acari: phytoseiidae) in control of spider mite in apple orchards
BURAK GÖÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
ZiraatIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiBitki Koruma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP AY
