25471

شناگرهاي ميكروسكوپي: طراحي مفهومي و طراحي پايه‌ي يك شناگر تك ‌بعدي

كارشناسي ارشد

بيومكانيك

1397-1400

1400/7/12

مجيد رجبي

مكانيك

طراحي ميكروشناگرهاي مصنوعي به سبب ويژگي‌هاي محدود كننده‌ي حركتي در شرايط عدد رينولدر پايين، داراي شرايط تحميلي تئوري اسكالوپ هستند. مفاهيم شناكردن در ابعاد ماكرو، با عدد رينولدز بالا، در ابعاد كوچك غير كارآمد ‌مي‌باشند. امروزه پيشرفت‌هاي نوين فناوري، ساخت ربات در ابعاد ميكرومتر را مقدور ساخته‌است. در اين ميان، با وجود كاربرد وسيع ميكروشناگرها، به خصوص در علوم پزشكي، طراحي كارآمد و به دنبال آن ساخت آنها، مسيري پرچالش باقي مانده است. در اين رساله، پس از بررسي ادبيات موضوع، ميكروشناگري بديع با مانورپذيري بالا را معرفي مي‌كنيم؛ كه سه عضو اصلي آن، يك كره، به عنوان محموله، و دو ديسك مي‌باشد. اين دو ديسك، كه امكان چرخش محدود حول محور لولاي خود را دارند، با يك عملگر خطي به كره مذكور متصل شده‌اند؛ به طوري كه با حركت اين عملگر، ديسك‌ها ضمن جا‌به‌جايي، حول محور خود منفعلانه مي‌چرخند. در اين تحقيق، ضمن مطالعه‌ي متغيرهاي موثر بر ديناميك حركت اين سيستم، محدوديت‌هاي آن را نيز بررسي خواهيم كرد. همچنين با اثبات فرضيه‌اي براي حركت دو بعدي شناگرهاي متناوب، فرمان‌پذيري بالا و امكان حركت اين شناگر در مسيرهايي دلخواه با شعاع انحناي مشخص را نشان خواهيم‌ داد. در پايان حالت‌هاي متمايزي از پيكربندي اجزاء و محدوديت چرخش ديسك‌ها را در نظر خواهيم گرفت. و نشان خواهيم داد كه در اين شرايط ويژه، شناگر امكان چرخش .بسيار بيشتري را در هر سيكل حركت دارد

1400/08/15

Microswimmers: Conceptual design and principal design of a one-dimensional swimmer

10/4/2022 12:00:00 AM

Devising artificial micro-swimmers is utterly constrained by the scallop theorem. The common intuition for swimming in macro scale, with high Reynolds number, would fail if applied in mesoscopic scales. The recent advances have made it possible to fabricate simple micro-robots. Although useful, especially in medical practices, for practical applications of micro-swimmers, their efficient design and fabrication remain challenging. In the following thesis, reviewing the literature, we introduce a novel microswimmer with high manoeuvrability, composed of three main parts: a sphere as a cargo and two disks. Having a limited rotation about their hinge, disks are connected to the sphere by a prismatic actuator so they can translate as they passively revolve. In this research, the effect of the swimmer’s parameters on its dynamics is investigated as well as its limits. Proving a general rule governing the 2d-motion of periodic micro-swimmers, steering and movement of the swimmer in an arbitrary path that is merely restrained by a specific interval of curvature will be shown. Finally, specific configurations for limiting angles of disks and geometry of the swimmer are considered, and their positive impact on more rotational displacement, in each cycle, is discussed.

ميكروشناگرها , ميكرو ارگانيزم , جا‌به‌جايي در عدد رينولدز پايين , ميكرو ربات

Microswimmers , Microrobots , Translation in low Reynolds number , Microorganisms