مدل‌سازی دینامیکی میکروربات شناگر سه تاژکی با پیشرانش بیولوژیکی پروکاریوتی

Abstract

تکنولوژی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی تحولات چشمگیری را به ویژه در علم پزشکی به وجود آورده است. میکروربات‌های شناگر دسته‌ای از میکروربات‌های پزشکی هستند که با استفاده از این تکنولوژی طراحی و ساخته می‌شوند. در این مقاله، با الهام گرفتن از نحوه‌ی حرکت موجودات زنده‌ی ریز میکرونی در طبیعت نظیر میکروارگانیسم‌ها، یک میکروربات شناگر تاژکی سه درجه آزادی معرفی شده و مدل دینامیکی مربوط به حرکت سه‌ بعدی آن استخراج می‌شود. در میکروشناگر مورد نظر برای ایجاد پیشروی از تاژک‌های مارپیچی شکل پروکاریوتی استفاده شده است، که حرکت چرخشی این تاژک‌ها در داخل سیال واسطه باعث ایجاد نیروی پیشرانش می‌شود. با توجه به ابعاد ریز و همچنین سرعت بسیار پایین میکروربات‌های شناگر، حرکت آنها در جریان‌های با رینولدز بسیار کوچک صورت می‌گیرد. بنابراین نیروهای اینرسی نقش ناچیزی را در مقایسه با نیروهای لزجتی بر عهده خواهند داشت. برای تعیین نیروی پیشرانش ایجاد شده توسط هر تاژک از تئوری نیروی مقاوم استفاده می‌شود. بر اساس این تئوری مولفه‌های نیروی هیدرودینامیکی لزجتی با استفاده ضرایب نیروی مقاوم و سرعت‌های محلی تاژک محاسبه می‌شوند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با بکار گرفتن سه تاژک می‌توان قابلیت انجام مانورهای سه بعدی در میکروشناگر ایجاد کرد.