Araştırma Makalesi

Tek Mıknatıs aracığılı ile bir Manyetotaktik Bakterinin Adaptif Manevra Kontrolü için Bağımsız Eklem Kontrol Simulasyonları

30 Kasım 2020
PDF İndir
TR EN

Tek Mıknatıs aracığılı ile bir Manyetotaktik Bakterinin Adaptif Manevra Kontrolü için Bağımsız Eklem Kontrol Simulasyonları

Öz

Mikro robotik sistemlerin invaziv olmayan tıptaki muhtemel uygulamaları son on yıldır literatürde yoğun bir şekilde gösterilmektedir. Yayınlanan çalışmalar büyük oranda bilgisayar kontrollü bir harici elektromanyetik alan içerisinde hareket eden farklı tiplerdeki yapay veya biyo-hibrid mikro yüzücülerin performansına odaklanmıştır. Mikro yüzücülerin tamamen canlı doku içinde veya harici ortamlarda yüzme ve hareket kontrol performansı ile ilgili çalışmalar yaygındır, ancak biyo-hibrid bir mikro yüzücünün başka bir robot yardımı ile hareket kontrolü şu ana kadar literatürde hiç detaylı olarak gösterilmemiştir. Bu çalışmada, gerçek bir manyeto taktik bakteri hücresinin (Magnetospirillum Gryphiswaldens) belirli bir mesafeden hareket ve manevra kontrolünün simülasyonu yapılmıştır. Seçilen canlı hücrenin yüzme yönü, mıknatıs yerleştirilmiş bir robot kolunun hareketi ve bu mıknatısın manyetik alanı sonucu ortaya çıkan manyetik tork yardımı ile kontrol edilmektedir. Kontrol performansı, süreksiz fonsksiyon olarak tanımlanmış oryantasyon referansına karşın ortaya çıkan pozisyon takip hatasının oransal – integral – türev (PID) denetleyicisi yardımı ile minimize edilmesine dayanmaktadır. Ayrıca, integral katsayısı anlık hataya bağlı olarak değişecek şekilde, yani adaptif olarak, modellenmiştir. Tüm sistemin dinamik ve kinematik davranışı için nümerik çözümler zamana bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Hareket kontrol sisteminin performansı, mikro robotun düzlemsel hareketindeki her bir serbestlik derecesi için ayrı ayrı incelenmiştir. Simülasyon çalışmaları göstermektedir ki; bağımsız eklem kontrolü metodu ile hareket ettirilen düzlemsel bir robot kol, aynı anda canlı hücrenin düz bir katı yüzeyine yakın olarak hareketini takip ederken, yüzme yönünü tayin etmek için de başarılı bir şekilde kullanılabilir. Ayrıca, yapılan simülasyonlar, manyetik alandaki efektif atalet ve mikro robot üzerinde hissedilen sıvı direncinin kontrol reaksiyonunda küçük fakat hissedilir bir gecikmeye neden olduğuna işaret etmektedir.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. François, Q., André, A., Duplat, B., Haliyo, S., & Régnier, S. (2019) Tracking systems for intracranial medical devices: a review, Medical Devices and Sensors, 2(2), e10033. https://doi.org/10.1002/mds3.10033
  2. Ceylan, H., Giltinan, J., Kozielski, K., & Sitti, M. (2017) Mobile microrobots for bioengineering applications, Lab on a Chip, 17(10), 1705-1724. https://doi.org/10.1039/C7LC00064B
  3. Sitti, M., Ceylan, H., Hu, W., Giltinan, J., Turan, M., Yim, S., & Diller, E. (2015) Biomedical applications of untethered mobile milli/microrobots, Proceedings of the IEEE, 103(2), 205-224. https://doi.org/10.1109/JPROC.2014.2385105
  4. Nelson, B.J., Kaliakatsos, I.K., & Abbott, J.J. (2010) Microrobots for minimally invasive medicine, Annual Review of Biomedical Engineering, 12, 55-85. https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-010510-103409
  5. Tabak, A.F. (2019) Bioinspired and biomimetic micro-robotics for therapeutic applications, in Handbook of Biomechatronics, 1. Ed., J. Segil, Eds., Academic Press, U.K. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-812539-7.00010-6
  6. Singh, A.V., Ansari, M.H.D., Laux, P., & Luch, A., (2019) Micronanorobots: important considerations when developing novel drug delivery platforms, Expert Opinion on Drug Delivery, 16(11), 1259-1275. https://doi.org/10.1080/17425247.2019.1676228
  7. Soto, F., & Chrostowski, R. (2018) Frontiers of medical micro/nanorobotics: in vivo applications and commercialization perspectives toward clinical uses, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 6, 170. https://doi.org/10.3389/fbioe.2018.00170
  8. Dreyfus, R., Baudry, J., Roper, M.L., Fermigier, M., Stone, H.A., & Bibette, J. (2005) Microscopic artificial swimmers, Nature, 437, 862-865. https://doi.org/10.1038/nature04090

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

30 Kasım 2020

Gönderilme Tarihi

31 Ekim 2020

Kabul Tarihi

6 Kasım 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 1970

Kaynak Göster

APA
Tabak, A. F. (2020). Independent Joint Control Simulations on Adaptive Maneuvering of a Magnetotactic Bacterium via a Single Permanent Magnet. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 50-59. https://doi.org/10.31590/ejosat.818986

Cited By