Radīto šķiedru tīkla spēku izmaiņu mērīšana, pārvietojot ārējo spēku: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šūnas spēj mijiedarboties ar apkārtējo ārpusšūnu matricu (ECM), un tās var gan pielietot, gan reaģēt uz ECM radītajiem spēkiem. Mūsu projektam mēs simulējam savstarpēji saistītu šķiedru tīklu, kas darbotos kā ECM, un redzētu, kā tīkls mainās, reaģējot uz viena punkta kustību. ECM tiek modelēts kā savstarpēji saistīta atsperu sistēma, kas sākotnēji ir līdzsvarā ar nulles spēku. Tā kā tīklam tiek piemērots spēks, reaģējot uz punktu kustību, mēs cenšamies panākt, lai savienotie punkti reaģētu uz spēku tā, lai tie mēģinātu atgriezties līdzsvarā. Spēku uzrauga vienādojums F = k*x kur k ir atsperes konstante un x ir šķiedras garuma izmaiņas. Šī simulācija var palīdzēt sniegt vispārēju izpratni par spēka izplatīšanos šķiedru tīklos, ko galu galā var izmantot, lai palīdzētu modelēt mehānisko transdukciju.

1. darbība. Izveidojiet vienotu kvadrātu NxN matricu

Lai sāktu kodu, mēs izvēlamies N, kas noteiks mūsu tīkla izmērus (NxN). N vērtību var manuāli mainīt, lai pēc vajadzības mainītu tīkla izmērus. Šajā piemērā N = 8, tāpēc mums ir 8x8 punktu tīkls. Pēc matricas ģenerēšanas mēs savienojam visus matricas punktus, kuru garums ir 1 vienība, izmantojot attāluma formulu, distance = sqrt ((x2-x1)^2+(y2-y1)^2). To darot, mēs iegūstam kvadrātu tīklus, kas visi ir vienādi izvietoti ar 1 vienību. To var redzēt 101. attēlā.

2. darbība. Tīkla nejaušināšana

Šajā solī mēs vēlamies randomizēt visas punktu atrašanās vietas, izņemot ārējos punktus, kas veidos mūsu robežu. Lai to izdarītu, mēs vispirms atrodam visas matricas koordinātas, kas ir vienādas ar 0 vai N. Šie punkti ir tie, kas veido robežu. Neierobežotu punktu atrašanās vieta tiek randomizēta, pievienojot atšķirīgu izlases vērtību no -5 līdz.5 gan x, gan y pozīcijai. Uzzīmēto randomizēto attēlu var redzēt 1. attēlā.

3. solis: iegūstiet jaunus attālumus

Kad mūsu randomizētais tīkls ir izveidots, mēs atkal atrodam attālumu starp savienotajiem punktiem, izmantojot attāluma formulu.

4. solis: izvēlieties punktu un salīdziniet attālumu no šī punkta līdz citiem

Šajā solī mēs varam izvēlēties interesējošo punktu, izmantojot kursoru, kā parādīts 2. attēlā. Jums nav precīzi jāpārvieto kursors uz punktu, jo kods to pielāgos tuvākajam savienojuma punktam. Lai to izdarītu, mēs vispirms aprēķinām attālumu starp visiem pievienotajiem punktiem un tikko izvēlēto punktu. Pēc visu attālumu aprēķināšanas mēs izvēlamies punktu ar mazāko attālumu no izvēlētā punkta, lai kļūtu par faktisko izvēlēto punktu.

5. darbība: pārejiet uz jaunu punktu

Šajā solī, izmantojot iepriekšējā solī izvēlēto punktu, mēs pārvietojam punktu uz jaunu atrašanās vietu. Šī kustība tiek veikta, ar kursoru izvēloties jaunu pozīciju, kas aizstās iepriekšējo pozīciju. Šī kustība tiks izmantota, lai simulētu pielietoto spēku atsperes garuma izmaiņu dēļ. Pilnībā zilajā attēlā tiek izvēlēta jauna atrašanās vieta. Nākamajā attēlā kustību var vizualizēt ar oranžajiem savienojumiem, kas ir jaunās vietas, nevis zilajiem savienojumiem, kas bija vecās vietas.

6. solis: Spēks = K*attālums

Šajā solī mēs izmantojam vienādojuma spēku = k*attālumu, kur k ir konstante 10 kolagēna šķiedrām. Tā kā šķiedru tīkls sākas tā līdzsvara stāvoklī, tīrais spēks ir 0. Mēs izveidojam nulles vektoru pēc tās matricas garuma, kuru mēs izveidojām, lai attēlotu šo līdzsvaru.

7. solis: mainiet tīkla kustību pārvietotā punkta dēļ

Šajā solī mēs simulējam tīkla kustību, reaģējot uz punktu kustību, lai atgrieztos līdzsvara stāvoklī. Mēs sākam atrast jaunus attālumus starp diviem punktiem. Ar to mēs varam atrast šķiedru garuma izmaiņas, aplūkojot atšķirību starp veco un jauno attālumu. Mēs varam arī redzēt, kuri punkti ir pārvietoti, kā arī punktus, ar kuriem tie ir saistīti, salīdzinot jauno un veco punktu atrašanās vietas. Tas ļauj mums redzēt, kuriem punktiem vajadzētu pārvietoties, reaģējot uz pielikto spēku. Kustības virzienu var sadalīt tā x un y komponentos, iegūstot 2D virziena vektoru. Izmantojot k vērtību, attāluma izmaiņas un virziena vektoru, mēs varam aprēķināt spēka vektoru, ko var izmantot, lai virzītu mūsu punktus uz līdzsvaru. Mēs izpildām šo koda sadaļu 100 reizes, katru reizi pārvietojoties ar spēku*.1. Izpildot kodu 100 reizes, mēs beidzot varam atkal sasniegt līdzsvaru un, saglabājot robežnosacījumus, mēs redzam izmaiņas tīklā, nevis vienkārši visu maiņu. Tīkla kustību var redzēt 3. attēlā, dzeltenā ir pārvietotās pozīcijas un zilā - iepriekšējās.

8. darbība: pabeigtais kods

Šajā sadaļā ir pievienota mūsu koda kopija. Jūtieties brīvi modificēt to atbilstoši savām vajadzībām, modelējot dažādus tīklus!