Investigation and experimental verification of untethered microrobot motion behavior subject to laminar flow
Laminer akış altındaki temassız bir mikrorobotun hareket davranışının incelenmesi ve deneysel doğrulanması
- Tez No: 710103
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ÜVET
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 181
Özet
Mikrorobotların temassız manipülasyonu, tıbbi ve biyolojik uygulamalarda umut verici bir araştırma alanı olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, bir mikroakışkan kanal içerisinde bulunan ve yüksek hassasiyette temassız bir şekilde kontrol edilebilen manyetik mikrorobota ait mikromanipülasyon tekniği anlatılmıştır. In-vitro uygulamalar için yüksek akış hızlı mikroakışkan kanallar üzerinde çalışabilen ve temassız hareket edebilen mikrorobotik bir platform geliştirilmesi hedeflenmektedir. İlk olarak, substratın yüzeyi ile mikrorobot arasındaki sürtünme kuvvetini ortadan kaldırmak için yeni bir diyamanyetik levitasyon konfigürasyonu kullanılmaktadır. İkinci olarak, mikrorobot üzerine etki eden sürükleme kuvveti azaltığı için mikrorobot akışa doğru ve akışa karşı hareket edebilmektedir. Daha sonra, sıvı ortamın mikrorobot üzerindeki hidrodinamik etkileri, COMSOL (sürüm 5.3, COMSOL Inc., Stockholm, İsveç) içindeki sonlu elemanlar yöntemi (FEM) simülasyonları ile optimize edilmektedir. Analitik ve simülasyon çalışmaları önerilen tekniğin avantajlarını göstermek için deneysel sonuçlarla doğrulanmaktadır. Deneysel sonuçlar, analitik ve simülasyon çalışmaları ile aynı olması; bu çalışmanın mikrorobot üzerindeki yanal kuvvetleri önemli ölçüde geliştirdiğini ve yüksek hızlı akışın mevcut olduğu akışkanik kanallarda daha kararlı bir yanal hareket sağladığını göstermektedir. Akış hızındaki bir artış, mikrorobot üzerindeki sürükleme kuvvetini üssel olarak artırmakta ve konumlandırma doğruluğunu olumsuz yönde etkilemektedir. Mikrorobotun yanal kuvvetinin arttırılması, sıvı akışının etkilerinin azaltılmasına yardımcı olur ve yanal hareket stabilitesini artırmaktadır. Yüksek akış hızları 5 mm/s için bir mikrorobotun yanal hareketini araştıran önceki bir çalışma bulunmamaktadır. Yanal kuvvet çalışmaları, mikrorobotların hücreler üzerindeki araştırmalarda, mikromanipülasyon ve Çip-üstü-laboratuvar (lab-on-a-chip) gibi birçok alanda uygulanabilirliğini artırmak konusunda önemli bir yer almaktadır. İlgili çalışmada aşağıdaki noktalar başarılmış ve detaylarına yer verilmektedir: - Mikrorobot, sıvı bir ortamda üç boyutlu doğrusal ve iki yönde açısal hareket edebilmektedir. - Mikrorobotun kararlı çalışma aralığı 30 um ile 330 um arasındadır ve hem simülasyonlarda hem de deneysel sonuçlarda doğrulanmıştır. Verilen yörüngeyi, değişen hızlarda ve farklı levitasyon yüksekliklerinde yüksek doğrulukla (
Özet (Çeviri)
Untethered manipulation of microrobots is emerging as a promising field of research in medical and biological applications. This study presents an untethered micromanipulation technique to control magnetic microrobot with high precision positional accuracy inside a microfluidic channel. It is aimed to develop an untethered microrobotic platform that can operate on high flow rate microfluidic channels for in vitro applications. Firstly, a novel diamagnetic untethered levitation configuration is used in order to eliminate the friction force between the substrate's surface and the microrobot. Secondly, the drag force acting on the microrobot is decreased to move the microrobot longitudinally towards and against the flow. After that, the liquid media's hydrodynamic effects on microrobot is optimized by finite element method (FEM) simulations in COMSOL (version 5.3, COMSOL Inc., Stockholm, Sweden). Analytical and simulation studies are conducted, which are then validated by experimental results to demonstrate the advantages of the developed platform. Experimental results are on par with analytical and simulation studies, and this platform significantly improves the longitudinal forces on the microrobot. Moreover, this platform also provides a more stable longitudinal motion in fluidic channels, where a high rate flow is present. An increase in flow rate exponentially increases the drag force on the microrobot and negatively impacts its positioning accuracy. Increasing the longitudinal force generated by the microrobot's driving apparatus helps disrupt the fluid flow and increases longitudinal motion stability. No prior study exists investigating the longitudinal motion of a microrobot for high flow velocities ($\sim 5$ mm/s). Longitudinal force investigation is an important topic for increasing the applicability of microrobots in many areas such as cell research, micromanipulation, and lab-on-a-chips. The following points are achieved in the relevant study, and their details are given: - The microrobot can move in three dimensions and two orientations in a liquid environment. - The microrobot stable levitation range is determined between 30 um to 330 um. This range is also confirmed with simulation and experimental studies. Furthermore, the microrobot capable of tracking the desired trajectory with the accuracy of
Benzer Tezler
- Radyal dudaklı keçelerde keçe dudağı geometrisinin sızdırmazlık performansına etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve deneysel incelenmesi
Numerical investigation and experimental verification of effect of the radial lip seal geometry on sealing performance
GÖRKEM TOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- 8x4 kamyona ait kabin süspansiyonunun yorulma ömrünün sayisal incelemesi ve deneysel doğrulamasi
Numerical investigation and experimental verification of the fatigue life of a cab suspension for an 8x4 truck
BERK ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET MURAT TOPAÇ
- Analytical modeling, perturbation analysis and experimental characterization of guided surface acoustic wave sensors
Başlık çevirisi yok
ONURSAL ÖNEN
- Experimental and model based investigation of period doubling phenomenon in human steady state visual evoked potential responses
İnsan durağan hal görsel uyarılmış potansiyel tepkelerinde periyot katlanma olgusunun deneysel ve model bazlı incelenmesi
YİĞİT TUNCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelerin performans ve emisyona etkilerinin istatistiksel yöntemlerle incelenmesi
Investigation of the effects of engine design and operating parameters on performance and emissions of compression ignition engines by statistical methods
HALİL SARAÇOĞLU
Doktora
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ SALİM SÖĞÜT