Mikromanipulace pomocí dielektroforézy: modelování a na optimalizaci v reálném čase založené řízení

Abstract

Tato práce popisuje nový výpočetní framework pro řízení pozice a orientace mikroskopických objektů libovolných tvarů pomocí dielektroforézy. V práci je odvozen matematický model vhodný pro účely řízení, tedy spočitatelný online (v reálném čase), zahrnující jak dielektroforetické, tak hydrodynamické fyzikální účinky. Díky tomu je možno spočítat nejen vyvozenou dielektroforetickou sílů a moment, ale i konečnou posuvnou a rotační rychlost mikroobjektu v kapalném prostředí. Následně je navržena řídicí struktura a na modelu založené výpočetní metody pro návrh zpětnovazebního regulátoru. Nakonec je funkčnost předloženého frameworku experimentálně demonstrována. Práce také zahrnuje diskuzi důležitých otázek návrhu a výroby použitých experimentálních zařízení.This thesis describes a novel computational framework for position and orientation control of arbitrarily-shaped microscopic objects using dielectrophoresis. A suitable control-oriented model, that is, evaluable online (in real time) coupling the dielectrophoretic and hydrodynamic effects is derived. It can predict not only the dielectrophoretic force and torque but also the final translational and rotational velocities of micro-objects in a liquid medium. Subsequently, a control structure and model-based computational methods for design of a feedback controller are proposed. Finally, the functionality of the introduced framework is demonstrated in experiments. Discussion of important design and fabrication issues is included.