Gwneud Tagiau’n Fwy Cyfleus:Optimeiddio Dyfeisiau Biogofnodi gyda Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol

Post wedi’i ddarparu gan William Kay

This blog post is also available in English

Dyfeisiau llusgo a biogofnodi

A harbour seal tagged with a biologging device. ©Dr Abbo van Neer

Morlo harbwr gyda dyfais fiogofnodi wedi’i hatodi iddo. ©Dr Abbo van Neer

Michael Phelps yw un o’r athletwyr Olympaidd mwyaf clodfawr erioed, ynghyd â’r nofiwr cyflymaf yn y byd. Ac eto, gallai nofio’n gyflymach. Gan wisgo siwt arbennig LZR Racer Speedo, gallai Michael Phelps leihau’i lusgiad hydrodynamig, neu’i wrthiant dŵr, 40% neu fwy. O ganlyniad gallai ei gyflymdra nofio gynyddu dros 4%! Mewn cystadleuaeth, dyna’r gwahaniaeth rhwng gwobrau arian ac aur. Ond, petai Phelps yn anghofio tynnu’i “hosanau llusgo” –  sef hosanau rhwystrus a ddyluniwyd i gynyddu gwrthiant dŵr er mwyn cynyddu cryfder y nofiwr – caiff ei gyflymder ei leihau’n sylweddol. Byddai’n ffodus i ennill gwobr efydd!

Mae nofwyr proffesiynol yn gyfarwydd â defnyddio technolegau i wella eu perfformiad drwy leihau eu llusgiad ond ni all hynny gymharu â’r addasiadau a wnaed gan anifeiliaid gwyllt. Mae creaduriaid yn y môr wedi esblygu addasiadau anghredadwy i leihau llusgiad, megis lliflinio eithafol mewn mamaliaid ac adar y môr. Mae hyn yn eu galluogi i symud dan y dŵr mor gyflym ac effeithlon â phosib. Mae morloi, er enghraifft, yn eithaf afrosgo ar y tir ond maent yn osgeiddig ac yn gyflym o dan y dŵr. Mae siâp eu cyrff wedi’i ddylunio er mwyn iddynt symud yn gyflymaf pan fyddant yn nofio.

Pan fyddwn yn astudio mamaliaid y môr, rydym yn aml yn defnyddio dyfeisiau olrhain y gellir eu hatodi gan ddefnyddio harneisiau, glud neu sugnolion. Mae’r “dyfeisiau biogofnodi” hyn, a elwir hefyd yn dagiau, yn debyg i Fitbits. Mae atodi’r rhain i anifeiliaid yn ein galluogi i gofnodi symudiadau ac ymddygiad yr anifail, ynghyd â phethau eraill. Mae’r wybodaeth hon yn hanfodol o ran deall eu hecoleg a gwella’r ffordd y rheolir eu cadwraeth.

Anfanteision Dyfeisiau Biogofnodi

A magellanic penguin tagged with a biologging device. ©William Kay

Pengwin Magellan gyda dyfais fiogofnodi wedi’i hatodi iddo. ©William Kay

Mae defnyddio FitBits i weld sut mae dolffiniaid neu siarcod yn treulio’r dydd yn ymddangos fel syniad da, ond ydy? Ond gall atodi dyfeisiau biogofnodi allanol i anifeiliaid arwain at gynnydd sylweddol mewn llusgiad, yn enwedig ar anifeiliaid sydd wedi’u lliflinio i’r fath raddau. Gall hyn rwystro symudiad yr anifail neu gynyddu’r ymdrech y mae ei hangen i nofio, sy’n golygu bod yn rhaid i’r anifail weithio’n galetach i gyflawni ymddygiadau arferol megis cyrchu a dal bwyd. Mae hyn yn broblem oherwydd, drwy astudio anifail gan ddefnyddio tag, rydym yn effeithio ar y symudiadau a’r ymddygiadau rydym am eu cofnodi. Mae’n ‘fagl 22‘ go iawn.

Rydym yn gwybod bod y llusgiad a achosir gan dagiau oherwydd y rhyngweithiadau cymhleth rhwng eu maint, eu siâp a’u safle. Felly, beth gallwn ei wneud i optimeiddio dyfeisiau biogofnodi drwy leihau eu llusgiad.

Dynameg Hylifau Gyfrifiadol

Cyflwyniad i Ddynameg Hylifau Gyfrifiadurol. Offeryn dylunio rhithwir yw Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol sy’n gallu efelychu llif hylifau. Gallwn ei ddefnyddio i astudio faint o lusgiad a grëir gan wrthrych, megis dyfais fiogofnodi, pan fydd yn symud drwy ddŵr. Defnyddir Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol fel arfer i wella dyluniad llongau gofod neu geir Formula One. Fodd bynnag, nid yw wedi’i defnyddio mewn cymwysiadau ecolegol i’r un raddau- yn bennaf oherwydd yr arbenigedd y mae ei angen ym maes peirianneg awyrofod. Ond mae ein gwaith diweddar wedi gwneud cynnydd mawr i newid hyn.

Investigating hydrodynamic drag on a tagged seal. ©Hannah Bowen, Simon Withers and David Naumann

Ymchwilio i lusgiad hydrodynamig morlo sydd wedi’i dagio. ©Hannah Bowen, Simon Withers and David Naumann

Cydweithrediad rhyngddisgyblaethol hanfodol

Fel rhan o brosiect cydweithredol diweddar, rydym wedi ymuno â pheirianwyr awyrofod ym Mhrifysgol Abertawe i ddefnyddio Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol er mwyn archwilio sut y gall newidiadau syml i ddyfeisiau biogofnodi leihau eu heffaith ar lusgiad anifeiliaid sy’n nofio.  Gyda’n gilydd, gwnaethom archwilio sut yr amrywiodd effaith llusgiad gyda dyfeisiau biogofnodi â siâp neu faint gwahanol. Hefyd, gwnaethom ystyried sut yr amrywiodd llusgiad gan ddibynnu ar safle’r tagiau ar yr anifail.

Mae lleihau llusgiad yn hollbwysig i anifeiliaid morol, yn enwedig y rheiny sy’n nofio’n gyflym iawn neu sy’n teithio mewn ceryntau cyflym, felly mae’n hanfodol dylunio dyfeisiau biogofnodi sydd â nodweddion hydrodynamig da. Mae’n bwysig iawn gwybod pa ffactorau sy’n berthnasol i hyn ac mae Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol yn addas i’r diben gan ei bod yn  eich galluogi i werthuso effaith llawer o ffactorau ar ddyluniad tagiau’n gyflym ac yn effeithlon.

Examples of hydrodynamic flow and pressure visualisation of two different tag designs using computational fluid dynamics. ©Hannah Bowen, Simon Withers and David Naumann

Enghreifftiau o lif hydrodynamig a delweddu pwysedd ar gyfer dau ddyluniad gwahanol o dagiau gan ddefnyddio Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol . ©Hannah Bowen, Simon Withers and David Naumann

Yn nogfen ‘Lleihau effaith dyfeisiau biogofnodi‘, rydym yn dangos yr ymagwedd hon. Rydym yn dangos sut a pham y gall gwella siâp dyfeisiau biogofnodi fod yn fwy effeithiol wrth wella’r hydrodynameg na lleihau maint y tagiau’n unig. Mewn gwirionedd, gellid gwneud dyfeisiau biogofnodi ychydig yn fwy er mwyn caniatáu siâp gwell.

Yn ddiddorol, mae gwella dyluniad tag hefyd yn lleihau gwahaniaethau o ran faint o lusgiad a achosir drwy atodi’r tagiau ar safleoedd gwahanol ar yr anifail. Byddai hyn yn eich galluogi i atodi’r tagiau i fwy o safleoedd ar yr anifail. Hefyd, mae’n lleihau effaith gwallau o ran atodi dyfeisiau i safleoedd anghywir ar ddamwain.

Mae cael hyblygrwydd gwell o ran nifer y safleoedd lle gellir atodi tagiau’n fantais fawr. Gyda rhai anifeiliaid, gall fod yn anodd iawn gosod y tag yn y safle cywir. Dychmygwch, er enghraifft, forfil sy’n dod i’r wyneb am gyfnod byr i anadlu’n unig – efallai y bydd gennych un cyfle yn unig i atodi’r ddyfais. Gosodir tagiau’n aml ar forfilod gan ddefnyddio polyn hir, sigledig; felly ni allwch fod mor gywir ag y byddwch pan fyddwch yn tagio morlo neu aderyn y môr sydd wedi’i rwystro’n ofalus. Mae dylunio tagiau er mwyn lleihau eu heffaith, heb ystyried lle cânt eu gosod yn y pen draw, yn golygu y bydd y canlyniadau’n llai os na aiff pethau cystal ag a drefnwyd.

Canllaw cyfarwyddol ar gyfer ymchwil yn y dyfodol

Rydym am i ecolegwyr eraill allu ailadrodd ein dulliau felly gwnaethom greu canllaw fesul cam i chi ei ddilyn. Mae’r canllaw hwn yn eich tywys drwy’r broses o fodelu effaith dyfeisiau biogofnodi ar lusgiad. Mae’n disgrifio’r broses o fewnforio’r ffeiliau ar ddyluniad y tagiau a geometreg yr anifeiliaid i feddalwedd y Ddynameg Hylifau Gyfrifiadurol, hyd at y camau o osod yr amgylchedd cyfrifiadurol a rhedeg yr efelychiadau.

An adult Weddell seal with an infrared camera logger. ©Mr Dominik Nachtsheim

©Mr Dominik Nachtsheim

Ysgrifennwyd y canllaw ar sail defnyddio pecyn meddalwedd safonol ym maes Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol, sef ANSYS Fluent. Rydym yn gobeithio y bydd hyn yn ysgogi cydweithrediadau rhynddisgyblaethol yn y dyfodol rhwng peirianwyr ac ecolegwyr, gan gynnwys pobl sy’n newydd i ddefnyddio meddalwedd Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol. Mae’r canllaw’n offeryn defnyddiol i hyrwyddo’r technegau hyn yn ehangach yn y gymuned fiogofnodi drwy helpu ymchwilwyr eraill i asesu effaith eu tagiau.

Rydym wedi cynnwys adolygiad byr o ddefnydd Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol i ddylunio tagiau hyd heddiw yn yr erthygl. Hefyd, nodir cyfyngiadau’r dull, gan ddarparu deunydd i ymchwil yn y dyfodol adeiladu arno.

Nid ydym yn disgwyl i’n canfyddiadau gael eu harddel fel canllawiau ffurfiol, llym, nac y bydd defnyddio Dynameg Hylifau Gyfrifiadurol yn dod yn orfodol. Fodd bynnag, rydym yn gobeithio y bydd y gwaith hwn, ac yn enwedig y canllaw fesul cam a gynhwysir yn y papur, yn helpu i ddod â’r gymuned fiogofnodi’n agosach at gyflawni arfer gorau mewn perthynas â dylunio tagiau.

Darllenwch yr Erthygl Ymchwil lawn yma: Minimizing the impact of biologging devices: Using computational fluid dynamics for optimizing tag design and positioning

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s