Stability, control and acoustic manipulation of magnetically actuated helical swimmers
Manyetik alanla yüzüdürülen sarmal yüzücülerin kararlılığı, kontrolü ve akustik manipülasyonu
- Tez No: 642036
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Mikroyüzücüler küçük ölçeklerde ve sıvı ortamlarda manipülasyon için kullanılabilecek elemanlardır. Hedef dokuya ilaç teslimi ve mikroşirüji gibi potansiyel kullanım alanları mevcuttur. Manyetik sarmal mikroyüzücüler dönen manyetik alanla dışarıdan yüzdürülebildiği için sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tezde manyetik sarmal yüzücülerin dengesizlik halleri raporlanmış ve kontrollü yüzdürme için (biyomedikal uygulamalar bağlamında önemlidir) çeşitli çözüm önerileri sunulmuştur. Dengesizlik halleri anlık Stokes çözümlerinin kullanıldığı kinematik bir modelle incelenmiştir. Kanal içinde sarmal yörüngeye sebep olan itici-modu kararsızlığı olmaktadır. Bu salınımları önlemek için yeni bir manyetik yönlendirmeli kontrol algoritması sunulmuştur. Literatürdeki çalışmaların aksine, bu yöntemde eğim bilgisine ihtiyaç duyulmamakta ve buna rağmen kıyaslanabilir sonuçlar elde edilmektedir. Manyetik yönlendirmenin üzerine, akustik alanın da yalpalamayı azaltmakta faydalı olduğu gözlemlenmiştir. Akustik dalgaların biyouyumluluğu bu yöntemi manyetik alan üzerine ideal bir tamamlayıcı kılmaktadır. Helisler üzerine etkiyen akustik radyasyon kuvvetinin hesaplanmasında helisin bir küre zinciri olarak temsil edildiği (küreler için basit formüller mevcuttur) yeni ve verimli bir hesaplama yöntemi (diğer yöntemlerle verimsizdir) sunulmaktadır. Kürelere etkiyen toplam kuvvet, helise etkiyen kuvvete çok yakındır. Bu yaklaşım sarmal yüzücülerin akustik ve manyetik alan altındaki yörüngelerini hesaplamada kullanılmış ve umut vaat eden sonuçlar elde edilmiştir. Deneylerde ince telden yapılmış manyetik yüzücüler akustik ve manyetik alan altına yerleştirilmiştir. Viskozite akustik itkiyi büyük ölçüde azaltmaktadır.
Özet (Çeviri)
Microswimmers are prospective agents for manipulation in fluid environments at low scales. Potential use cases include targeted drug delivery and microsurgery. Magnetized helical microswimmers are used extensively in the literature as they can be actuated externally with a rotating magnetic field. This dissertation reports on the modes of instability of magnetized helical swimmers and proposes several solutions to enable controlled navigation, which is crucial considering the potential biomedical applications. The modes of instability are characterized with a kinematic model that relies on snap-shot solutions of Stokes equations. Pusher-mode instability occurs in confined environments, resulting in helical trajectories. A novel, magnetic steering control algorithm is proposed to suppress the oscillatory trajectories. Contrary to the state-of-the-art, this method doesn't require any orientation feedback and performs equally well. On top of magnetic steering, acoustic fields are demonstrated to be beneficial in reducing wobbling. The bio-compatible nature of acoustic fields makes it an ideal complement to the magnetic field. A novel and efficient computational model for the calculation of the acoustic radiation force on helices (which is costly otherwise) is presented where the helix is approximated as a chain of spheres for which simple analytical formulae exist. The sum of forces on spheres is very close to the force acting on the helix. The approach is utilized in simulating the trajectories of helical swimmers under acoustic and magnetic fields with promising results. In experiments, magnetic swimmers made from thin wires are placed under magnetic and acoustic fields. Viscosity reduces acoustic propulsion significantly.
Benzer Tezler
- Hierarchically slaved multipulsing mode-lock dynamics
Hiyerarşik olarak çoklu darbe mod-kilit dinamiği
ALADIN CHOURA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Akustik yüzey dalga esasına dayanan filtrlerin analizi, tasarımı ve GSM sistemindeki uygulamaları
Analysis and design of saw filter and saw filter applications in GSM
H.CEMİL KARAGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA
- Yatay eksenli çamaşır makinalarında titreşim ve gürültünün azaltılması amacıyla aktif ve yarı aktif kontrol uygulamalarının incelenmesi
Investigation of active and semi-active control applications for reducing vibration and noise on horizontal axis washing machines
BARIŞ CAN YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK EROL
- Design of underwater vehicle with computed torque control
Sualtı aracı tasarımı ve hesaplanmış tork kontrolü
METİN İÇTEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN TANSEL TAYYAR
- Construction and characterization of solid-supported lipid bilayers to investigate cell-surface interactions
Hücre–yüzey etkileşimlerinin incelenmesi için yüzey-destekli lipid zarların oluşturulması ve karakterizasyonu
ABDULHALİM KILIÇ
Doktora
İngilizce
2018
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK