شناگر آكوستيكي خودتحريك و مقايسه عملكرد با شناگرهاي معادل هيدروديناميكي: مدل كروي در شرايط رينولدز پايين

Self-Activated Acoustical Swimmer and Functionality Comparison with Equivalent Hydrodynamic Swimmers: Spherical Model at Low Reynolds Number Condition

در اين مقاله مدلي ساده، انجام پذير و پركاربرد براي شناگر آكوستيكي خود تحريك كروي شكل كه قسمتي از سطح آن مي تواند در حالت دوقطبي (مد اول ارتعاشي) نوسان كند، توسعه داده شده است. با توجه به اثرات آكوستيك غيرخطي، برآيند نيروي ارتعاشي آكوستيكي كه روي جسم اعمال مي شود به صورت تحليلي به دست آمده و غيرصفربودن آن نيز تاييد شده است. با درنظرگرفتن اثرات هيدروديناميكي در شرايط كاري رينولدز پايين، تاثير زاويه قسمت فعال و فركانس كاري روي نيرو، سرعت و توان مورد نياز شناگر مورد بحث قرار گرفته است. نشان داده شده است كه سرعت حركت شناگر توسعه يافته در مقايسه با انواع شناگرهاي مصنوعي يا طبيعي راضي كننده است. چالش هايي نظير پديده حركت تصادفي به دليل وجود نويزهاي اتفاقي در محيط ميزبان مورد بحث قرار گرفته شده است و نشان داده شده كه مدل پيشنهادي مي تواند به پديده شايع حركت براوني غلبه كند. به دليل ساده بودن مدل پيشنهادي كه منجر به محاسبه تحليلي ويژگي هاي شناگر (نظير نيرو، سرعت و غيره) شده است، اين پژوهش مي تواند براي توسعه جابه جايي هاي دقيق بدون تماس اجسام، سيستم هاي توزيع و حمل دارو، تكنولوژي به دام انداختن حامل هاي اكتيو و دستگاه هاي قابل كنترل خود تحريك كه در بسياري از زمينه هاي مهندسي و پزشكي، حائز اهميت هستند مورد توجه قرار گيرد.

In this paper, a simple, practical and versatile model has been developed for a self-activated acoustic driven spherical swimmer that its surface may oscillate partially at dipole state (first mode of vibration). Regard to the nonlinear acoustic effects, the net acoustic radiation force exerted on the device is analytically derived and the non-zero states are approved. Considering hydrodynamics effects assuming low Reynolds number operating condition, the effects of active section angle and frequency of operation on the force, velocity and requirement power of swimmer are discussed. It is shown that comparing with many types of artificial and natural living matter swimmers, the swimming velocity of the developed model is satisfactory. The challenge of the random walk due to host medium fluctuations is discussed, and it is shown that the developed model can overcome the ubiquity of the Brownian motion, as well. Due to the simplicity of the developed model which leads to computing the swimmer features (such as force, velocity, etc.) analytically, this study can be considered for development of contactfree precise handling, drug distribution and delivery systems, entrapment technology of active carriers and the self-propulsive controllable devices which are essential in many engineering and medicine applications.