Modeling of an acoustically actuated artificial micro-swimmer

惯性 鞭毛 振荡(细胞信号) 机械 振幅 电阻式触摸屏 声学 运动学 物理 经典力学 工程类 生物 光学 生物化学 电气工程 基因 遗传学
作者
Jinan Liu,Haihui Ruan
出处
期刊:Bioinspiration & Biomimetics [IOP Publishing]
卷期号:15 (3): 036002-036002 被引量:15
标识
DOI:10.1088/1748-3190/ab6a61
摘要

Some recent achievements in microfabrication have demonstrated ultrasound-actuated artificial micro-swimmers for medical applications. However, the theoretical model of actuation and swimming is still lacking. Here we report a theoretical study of an acoustically actuated sperm-like artificial micro-swimmer which consists of a rigid head and a flexible flagellum. We provide the quantitative relation between head oscillation amplitude and acoustic pressure and frequency, and the theoretical account of how the flagellum is whipped, which brings about propulsion. The resistive force theory is employed in our model to relate the dynamic response of a flagellum and the motility of the swimmer. In order to make our theoretical model applicable in a realistic design of sperm-like micro-swimmer, we have involved the inertia term and material damping in the governing equation and considered the variable cross-section of a flagellum. The numerical results reveal that the micro-swimmer actuated by ultrasound can achieve a perceptible velocity, especially at resonance. Influences of non-dimensional parameters, such as the resonance index, sperm number, and material damping coefficient, are discussed and a comparison with experimental results demonstrates the validity of the proposed model.
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