28235

مدلسازي و كنترل ميكروربات فروفلوئيديك

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1401/12/9

دكتر برهان بيگ زاده

مهندسي مكانيك

امروزه، توجه ويژه¬اي به ميكروربات¬ها در علم پزشكي، به خصوص در درمان سرطان، براي دارورساني هدفمند شده ¬است. براي ايجاد يك ميكروربات كه قادر به حركت كنترل‌شده، عبور از كانال‌هاي كوچك، جذب و انتقال ميكروذرات و كنترل شيء باشد، از يك قطره فروفلوئيد استفاده مي¬شود. ميكروربات فروفلوئيديك زماني مي‌تواند به انجام موارد فوق دست يابد كه با استفاده از يك سيستم توليد ميدان مغناطيسي كنترل شود. اما تاكنون كنترل قطرات فروفلوئيد، مبتني بر مشاهدات تجربي در محيط¬هايي متفاوت با بدن انسان صورت گرفته‌ است، بنابراين پيش از به كارگيري اين ميكروربات براي اهداف پزشكي در بدن انسان، نيازمند بستري براي شبيه¬سازي ديناميك و حركت كنترل¬شده¬ي ميكروربات فروفلوئيديك در محيط نرم¬افزار خواهيم بود. اما، ديناميك ميكروربات فروفلوئيديك غيرخطي است و نيازمند حل معادلات PDE براي رسيدن به شكل، راستا و جهت¬گيري خاص است. از طرفي، اين معادلات حل بسته¬ي تحليلي ندارد و ادغام آن¬ با روش¬هاي كنترلي بر پيچيدگي¬هاي آن مي¬افزايد. روش¬هاي عددي مي¬تواند به عنوان يك روش جايگزين مؤثر براي شبيه¬سازي ديناميك قطره¬ فروفلوئيد تحت ميدان مغناطيسي عمل ‌كند. بنابراين، در اين پايان¬نامه، با به كارگيري روش¬هاي عددي و با تأملي بر دانش مكانيك سيالات و مغناطيس، ديناميك قطره¬ فروفلوئيد را در نرم¬افزار كامسول مدلسازي خواهيم كرد. ابتدا رفتار اين ديناميك شبيه¬سازي شده را، در حالت دو بعدي و سه بعدي، تحت ميدان مغناطيسي يكنواخت بررسي كرده، سپس مدل دو بعدي آن را تحت ميدان مغناطيسي غيريكنواخت قرار داده و با اعمال كنترلر PID بر سيستم توليد ميدان مغناطيسي خارجي، موقعيت اين ميكروربات را در پنج مسيردلخواه، كنترل خواهيم كرد. يكي از كاربردهاي كنترل موقعيت ميكروربات فروفلوئيديك در اهداف پزشكي، دارورساني هدفمند است.

1402/02/17

Modeling and control of ferrofluidic microrobot

2/28/2024 12:00:00 AM

Today, special attention has been paid to microrobots in medical science, especially in cancer treatment, for targeted drug delivery. A ferrofluid droplet is used to create a microrobot capable of controlled movement, passing through small channels, engulfing and transferring microparticles, and controlling objects. The ferrofluidic microrobot can achieve the above when controlled using a magnetic field generation system. But until now, the control of ferrofluid droplets has been based on experimental observations in environments different from the human body, so before using this microrobot for medical purposes in the human body, a platform is needed to simulate the dynamic and controlled movement of ferrofluidic microrobots in the software environment. However, the dynamic of the ferrofluidic microrobot is nonlinear and requires the solution of PDE equations to achieve a specific shape, alignment, and orientation. On the other hand, these equations do not have an analytical solution, and their integration with control methods adds to their complexity. Numerical methods can act as an effective alternative method for simulating the dynamic of ferrofluid droplets under a magnetic field. Therefore, in this thesis, by utilizing numerical methods and reflecting on the knowledge of fluid mechanics and magnetism, we will model the dynamic of ferrofluid droplet in COMSOL software. First, the behavior of this simulated dynamic is investigated in two-dimensional and three-dimensional mode under a uniform magnetic field, then the two-dimensional model is placed under a non-uniform magnetic field and by applying the PID controller to the external magnetic field generation system, the position of the microrobot will be controlled in five desired trajectories. One of the applications of ferrofluidic microrobot position control in medical purposes is targeted drug delivery.

ميكروربات , فروفلوئيد , كنترل ربات‌ها , تحريك مغناطيسي , دارورساني هدفمند

Microrobot , Ferrofluid , control of robots , Magnetic actuation , Targeted drug delivery

mobina taghaddosi

borhan beigzadeh