Sukurto pluošto tinklo jėgos pokyčių matavimas pakeitus išorinę jėgą: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Ląstelės gali sąveikauti su juos supančia tarpląsteline matrica (ECM) ir gali tiek taikyti, tiek reaguoti į ECM veikiamas jėgas. Savo projekte mes imituojame tarpusavyje susietą pluoštų tinklą, kuris veiktų kaip ECM, ir pamatysime, kaip tinklas keičiasi reaguojant į vieno iš taškų judėjimą. ECM yra modeliuojama kaip tarpusavyje susieta spyruoklių sistema, kurios iš pradžių yra pusiausvyros, o grynoji jėga lygi nuliui. Kadangi tinklas reaguoja į taško judėjimą, mes stengiamės, kad prijungti taškai reaguotų į jėgą taip, kad jie bandytų grįžti į pusiausvyrą. Jėga stebima lygtimi F = k*x, kur k yra spyruoklės konstanta, o x - pluošto ilgio pokytis. Šis modeliavimas gali padėti susidaryti bendrą supratimą apie jėgos sklidimą pluoštiniuose tinkluose, kurie galiausiai gali būti panaudoti padedant imituoti mechaninį perdavimą.

1 žingsnis: sukurkite vienodų kvadratų NxN matricą

Norėdami pradėti kodą, pasirenkame N, kuris nustatys mūsų tinklo matmenis (NxN). N reikšmę galima rankiniu būdu pakeisti, kad prireikus būtų pakeisti tinklo matmenys. Šiame pavyzdyje N = 8, taigi mes turime 8x8 taškų tinklą. Sukūrę matricą, mes sujungiame visus matricos taškus, kurių ilgis yra 1 vienetas, naudodami atstumo formulę, atstumas = sqrt ((x2-x1)^2+(y2-y1)^2). Tai darydami gauname kvadratų tinklus, kurie visi yra vienodai išdėstyti 1 vienetu. Tai galima pamatyti 101 paveiksle.

2 žingsnis: Atsitiktinis tinklo nustatymas

Šiame žingsnyje mes norime atsitiktinai parinkti visas taškų vietas, išskyrus išorinius taškus, kurie sudarys mūsų ribą. Norėdami tai padaryti, pirmiausia randame visas matricos koordinates, kurios yra lygios 0 arba N. Šie taškai yra tie, kurie sudaro ribą. Nepasienio taškų vieta atsitiktine tvarka parenkama pridedant skirtingą atsitiktinę reikšmę nuo -5 iki.5 prie x ir y pozicijų. Nubraižytą atsitiktinių imčių vaizdą galima pamatyti 1 paveiksle.

3 žingsnis: Gaukite naujų atstumų

Sukūrę mūsų atsitiktinių imčių tinklą, mes vėl nustatome atstumą tarp prijungtų taškų, naudodami atstumo formulę.

4 žingsnis: Pasirinkite tašką ir palyginkite atstumą nuo to taško iki kitų

Šiame žingsnyje mes galime pasirinkti lankytiną vietą naudodami žymeklį, kaip parodyta 2 paveiksle. Jums nereikia tiksliai perkelti žymeklio į tašką, nes kodas jį priderins prie artimiausio ryšio taško. Norėdami tai padaryti, pirmiausia apskaičiuojame atstumą tarp visų prijungtų taškų ir ką tik pasirinkto taško. Apskaičiavus visus atstumus, pasirenkame tašką, kurio atstumas nuo pasirinkto taško yra mažiausias, kad taptume faktiškai pasirinktu tašku.

5 žingsnis: pereikite prie naujo taško

Šiame etape, naudodami tašką, kuris buvo pasirinktas ankstesniame žingsnyje, perkėlėme tašką į naują vietą. Šis judėjimas atliekamas žymekliu pasirinkus naują vietą, kuri pakeis ankstesnę padėtį. Šis judesys bus naudojamas imituojančiai jėgai imituoti dėl spyruoklės ilgio pasikeitimo. Visiškai mėlyna figūra pasirenka naują vietą. Kitame paveikslėlyje judėjimą galima vizualizuoti naudojant oranžines jungtis, kurios yra naujos vietos, o ne mėlynos jungtys, kurios buvo senosios vietos.

6 žingsnis: jėga = K*atstumas

Šiame žingsnyje mes taikome lygties jėgą = k*atstumą, kur k yra konstanta 10 kolageno skaiduloms. Kadangi pluošto tinklas prasideda pusiausvyros būsenoje, grynoji jėga yra 0. Mes sukuriame nulinį vektorių, kurio matricos ilgis buvo sukurtas anksčiau, kad būtų pavaizduota ši pusiausvyra.

7 veiksmas: pakeiskite tinklo judėjimą dėl perkeltos vietos

Šiame žingsnyje mes imituojame tinklo judėjimą, reaguodami į taško judėjimą, kad grįžtume į pusiausvyros būseną. Pradedame ieškodami naujų atstumų tarp dviejų taškų. Tokiu būdu mes galime rasti pluošto ilgio pokyčius, žiūrėdami į skirtumą tarp senojo ir naujo atstumo. Lygindami naujas ir senas taškų vietas, taip pat galime pamatyti, kurie taškai persikėlė, taip pat taškus, prie kurių jie yra prijungti. Tai leidžia mums pamatyti, kurie taškai turėtų judėti reaguojant į veikiamą jėgą. Judėjimo kryptį galima suskaidyti į jos x ir y komponentus, gaunant 2D krypties vektorių. Naudodami k reikšmę, atstumo pokytį ir krypties vektorių, galime apskaičiuoti jėgos vektorių, kuris gali būti naudojamas mūsų taškams perkelti į pusiausvyrą. Mes vykdome šį kodo skyrių 100 kartų, kiekvieną kartą judėdami jėgos žingsniais*.1. Paleidus kodą 100 kartų, mes galiausiai vėl galime pasiekti pusiausvyrą ir laikydamiesi ribinių sąlygų matome tinklo pasikeitimą, o ne tiesiog visą pamainą. Tinklo judėjimą galima pamatyti 3 paveiksle, geltona spalva yra perkeltos, o mėlyna - ankstesnės.

8 veiksmas: baigtas kodas

Šiame skyriuje yra mūsų kodo kopija. Nesivaržykite jį modifikuoti pagal savo poreikius, modeliuodami įvairius tinklus!