Design and microfabrication of a strain-gauge array on polymer substrate for tactile neuroprosthesis in rats
Sıçanlarda dokunsal nöroprotez uygulaması için polimer tabanlı gerinim-ölçer dizisi tasarımı ve mikrofabrikasyonu
- Tez No: 433915
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ŞENOL MUTLU, DOÇ. DR. BURAK GÜÇLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Bu çalışmada sıçanlarda dokunma duyusu nöroprotezi için kullanılabilecek bir sensör sisteminin tasarımı, mikrofabrikasyonunu ve testleri yer almaktadır. Sensör sistemi her hücrede dört adet seri bağlı gerinim-ölçer bulunan 2×7 hücreli bir diziden oluşmaktadır. Tüm dörtlü gerinim-ölçer grupları, 2.5×2.5 mm2 boyutlarındaki kare membranın etrafına yerleştirilmiştir. En yaygın olarak kullanılan silisyum tabanlı dokunsal sensörlerin aksine, taban olarak üç boyutlu yazdırılmış polilaktik asit (PLA) kullanılmıştır. PLA kırılgan olmadığı için ve bölgesel hasarları tolere ederek bütün sensörün bozulmasını engellediği için uygun bulunmuştur. Gerinin-ölçerler, 0.125 mm kalınlığındaki poliimid filmin üzerine 50 nm kalınlığında alüminyum (Al) filmin kaplanması ve şekillendirilmesi ile üretilmiştir. PI membranın üzerine polidimetilsiloksan (PDMS) elastomer yapıştırılmıştır. Sensörün statik yüklemelere cevabını incelemek için, PDMS katmanı 1.2 mm ve 1.7 mm olarak iki farklı kalınlıkta hazırlanmıştır. PDMS katmanının kalınlığına bağlı olarak duyarlılık ve hücrelerin merkezinde maksimum 0.9 mm deformasyona karşılık gelen en yüksek kabul edilebilir kuvvet beklendiği gibi değişmektedir. 1.2 mm kalınlığındaki PDMS için, sensör hücreleri 200 mΩ/N (0.7 Ω/mm) ortalama duyarlılıkla, 3 N'a kadar doğrusal olarak çalışmıştır. Bu değerler 1.7 mm kalınlığındaki PDMS için, 70 mΩ/N (0.3 Ω/mm) ve 4 N olarak bulunmuştur. Doğrusallıktan sapma %3'ten daha az ölçülmüştür. Hücrelerin arasındaki etkileşim ortalama duyarlılıkla karşılaştırıldığında düşüktür (~ 5 mΩ/N ve 0.02 Ω/mm). Ayrıca sensörün dinamik cevabı daha önce psikofizik deneyleri için tasarlanmış bir titreşimsel mekanik stimülasyon sistemi kullanılarak değişik frekanslarda ölçülmüştür. Son olarak dokunma duyusu nöroprotezlerinde kullanılan işaret işleme yöntemlerini göstermek amacıyla sensör sistemi sıçan şartlandırma kabininde de test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this work design, microfabrication and characterization of a strain gauge array which can be used for sensory neuroprostheses in rats is presented. The array is composed of an array of 2×7 cells, each of which has a series combination of 4 strain gauges. Each group of four strain gauges is placed around a square membrane with the size of 2.5×2.5 mm2. Unlike most common tactile sensors based on silicon substrate, we used 3D-printed polylactic acid (PLA) as a substrate. Strain gauges were fabricated by depositing and patterning a thin aluminum (Al) film on a polyimide sheet with a thickness of 0.125 mm. Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer was bonded on the top surface of the polyimide membrane. PDMS layer is prepared in two different thicknesses for the sake of a comparative investigation into influence of the thickness of the elastomer membrane in static response of the sensor. The maximum allowable force corresponding to a maximum deformation of 0.9 mm of the center of each cell in two sensors differs according to the thickness of PDMS layer. The average force that each sensor cell operates linearly is 3N with an average resistance variation of 200 mΩ/N (for the sensor with 1.2-mm thick PDMS) and 4 N with an average resistance variation between 70 mΩ/N (for the sensor with 1.5-mm thick PDMS), and a nonlinearity of less than 3%. The cells have comparatively low average cross-talk around 5 mΩ/N. The static response of the cells was calibrated by using a micromanipulator and a digital balance and dynamic response of the individual cells of the sensor was characterized at several frequencies by using a vibrotactile stimulation system and a high gain amplifier. Then the sensor was tested inside the conditioning chamber to demonstrate the reliability of the sensor response for both static and dynamic stimulations.
Benzer Tezler
- Process development for microfabrication of phase reversal CMUT devices for structural health monitoring and development of dynamic characterization processes for mems applications
Yapısal sağlık izleme için fazı tersine çeviren CMUT cihazlarının mikroüretimi için süreç geliştirilmesi ve MEMS uygulamaları için dinamik karakterizasyon süreçlerinin geliştirilmesi
MERVE MİNTAŞ KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. ABDULLAH ATALAR
DR. MEHMET YILMAZ
- Mikro esnek yükselticinin tasarımı, üretimi ve optimizasyonu
The design, manufacturing and optimization of micro compliant amplifier
ERGİN KOSA
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT TRABZON
YRD. DOÇ. DR. ÜMİT SÖNMEZ
- Design and microfabrication of annular concentric capacitive micromachined ultrasonic trancducer
Disk şekilli eş merkezli kapasitif mikroüretilmiş ultrasonik çevirgeçlerin tasarımı ve mikroüretimi
PARISA SHARIF
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Novel cochlear electrode array development using microfabrication techniques
Mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak yenilikçi koklear elektrot dizini geliştirilmesi
GÜLÇİN ŞEFİYE AŞKIN
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Design and verification of diamond based capacitive micromachined ultrasonic transducer
Elmas tabanlı ultrasonik çevirgeçler?in tasarımı ve doğrulanması
AHMET MURAT ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM