마이크로파티클 조작을 위한 다수의 전자기 구동 마이크로로봇 개발 :Development of Multiple Electromagnetic Actuated Microrobots for Microparticle Manipulation

고광준

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자료유형: 학위논문

저자정보: 고광준 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 박종오

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

전자기 구동 시스템을 이용한 약물전달 마이크로로봇의 3 차원 이동

고광준 , 고성영 , 박종오 외 1명 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2015.05 학술대회자료

마이크로파티클 조작을 위한 다수의 전자기 구동 마이크로로봇 개발

고광준 기계공 2015.01 학위논문

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최근, 전자기 구동 시스템(EMA system)을 이용한 마이크로로봇은 자유롭고 정확한 움직임이 가능하기 때문에 세포와 같이 마이크로 단위의 크기를 가진 파티클을 조작하는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 대다수의 연구의 경우, 세포나 마이크로파티클을 조작하기 위해 하나의 마이크로로봇만을 이용한다. 하지만 하나의 마이크로로봇은 기능적인 측면에서 여러 역할을 수행하는 데 한계를 지닌다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 우리는 마이크로파티클 조작을 위한 다수의 마이크로로봇 구동을 위한 새로운 방법을 제안하고자 한다. 먼저, 마이크로로봇의 구동을 위해 세 쌍의 헬름홀츠 코일과 두 쌍의 맥스웰 코일로 구성된 전자기 구동 시스템을 제작하였으며, 서로 다른 형태의 마이크로파티클을 조작하기에 용이한 마이크로로봇을 제작하였다. 또한, 다수의 마이크로로봇의 독립적인 움직임을 위해 한 쌍의 온도에 반응하는 하이드로 젤(pNIPAm)로 구성된 마이크로 클램퍼와 이 하이드로 젤에 국부적인 열을 전달할 수 있는 마이크로 히터를 제작하였다. 제작된 전자기 구동 시스템, 마이크로로봇, 마이크로 클램퍼, 마이크로 히터를 통합하여 새로운 마이크로로봇 구동 시스템을 구성하였으며, 단일 마이크로로봇 이동, 다수 마이크로로봇 이동 등의 실험을 진행하였다. 최종적으로 다수의 마이크로로봇의 독립적인 움직임을 이용하여 형상(디스크, 사각형상)이 다른 여러 개의 마이크로파티클을 원하는 패턴으로 배치하는 실험을 진행하였다. 이 시스템을 활용하면 마이크로파티클 조작뿐만 아니라 세포조작, bioprinting과 같은 연구에 활용될 것으로 기대된다.

#마이크로로봇 #전자기구동 #멀티로봇 #온도반응 하이드로젤

1. Introduction 1
1.1. Background 1
1.2. Literature surveys 4
1.3. Research objective 10
2. Theoretical Background 12
2.1. Biot-Savart law 12
2.2. Torque and force generation by electromagnetic field 13
2.3. Helmholtz coil and Maxwell coil 14
1) Helmholtz coil 14
2) Maxwell coil 16
2.4. Thermally responsive hydrogel (pNIPAm) 19
3. Design and Fabrication of a Multiple Microrobot System 21
3.1. Electromagnetic actuated (EMA) system 21
3.2. Microrobot 25
1) Microrobot fabrication 25
2) Modeling of microrobot 28
3) Characterization of the microrobot 29
3.3. Thermally responsive microclamper 32
1) Fabrication of thermally responsive microclamper 32
2) Performance test of microclamper 35
3.4. Microheater 37
1) Microheater fabrication 37
2) Temperature response of microheater 39
3) Microheater analysis 42
3.5. Experimental setup of a multiple microrobot system 45
4. Experiments 46
4.1. A single microrobot locomotion 46
4.2. Independent locomotion of multiple microrobots 49
4.3. Manipulation of heterogeneous microparticles 51
5. Conclusion and Future works 53
5.1. Conclusion 53
5.2. Future works 53
References 55
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