بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به طراحی و بیان روشی برای کنترل حرکت نانو ربات در داخل رگهای خونی بدن پرداخته شده است. الگوریتم کنترلی ارائه شده در این مقاله از نوع تطبیقی بوده و به کمک این نوع کنترلکننده حرکت نانو ربات مورد نظر را کنترل مینماییم. در این روش سیستم بهگونهای کنترل میشود که نانو ربات به سمت محل آسیب دیده حرکت کرده و با دقت قابل قبولی به مکان موردنظر برسد.
نتایج کنترل نانو ربات به کمک سیستم کنترلی ارائه شده به وسیله نرم افزار متلب و در محیط سیمولینک شبیهسازی میشود. در پایان نتایج شبیهسازی، کارآمدی این روش کنترلی را با توجه به غیر خطی بودن معادله سرعت نانو ربات نشان میدهند و سپس جمعبندی مبتنی بر کارایی سیستم کنترلی طراحی شده انجام میشود.
.1 مقدمه
پلاکتها عناصر پلاسمایی و کروی شکل موجود در خون هستند که 2 تا 5 میکرون قطر دارند .[1] این پلاکتها در زمان آسیب رگهای خونی، با پیچندن بههم از خونریزی جلوگیری میکنند. به عبارتی دیگر هنگامیکه زخمی در بدن شما شکل میگیرد، پلاکتها به عنوان عناصر دفاعی بدن به قسمت آسیب دیده زخم میچسبند و باعث بهوجود آمدن لخته خون و بند آمدن خونریزی میشوند. شکل .1 نحوهی عملکرد پلاکتها را در زمان آسیب دیدن خون نمایش میدهد.
ترومبوسیتوپنی موقعیتی است که در آن تعداد پلاکتهای موجود در بدن کمتر از 150000 در هر لیتر باشد. بیماری ترومبوسیتوپنی منجر به افزایش زمان خونریزی میشود و درنتیجه به بیمار شک ناشی از ازدست دادن خون وارد میشود و یا ممکن است این اتفاق درون مغز بیفتد و باعث خونریزی درون جمجمه گردد، که منجر به مرگ و یا فلج شدن بیمار میشود. راههای زیادی برای درمان این بیماری وجود دارد.
یک روش متداول تزریق پلاکت است. معمولا هر لیتر از از خون حاوی تنها 150000 الی 400000 سلول پلاکت میباشد. بعد از تزریق، پلاکتها تنها در حدود 10 روز باقی میمانند و سپس شروع به از بین رفتن میکنند. بنابراین بیمار نیاز دارد در هر ماه در حدود 2 تا 3 بار پلاکت تزریق کند. با این وجود، تزریق مکرر پلاکت ممکن است باعث تقویت سایر پلاکتها شود. در برخی از بیماریها پلاکتها ممکن است به وسیله سیستم دفاعی بدن نابود شوند. یکی از ایدههای نو که به سرعت در حال پیشرفت است، استفاده از نانو ربات به منظور التیام زخم است که در درون بدن انسان مانند پلاکت مصنوعی عمل میکند.
اهمیت نانو رباتها در جهان امروز به طور روزافزون در حال پیشرفت است هنوز ساختار مناسبی برای تولید این نوع از رباتها محیا نشده است اما امیدواریهایی در آیندهی نزدیک رخ خواهد داد 2]و.[3 بسیاری از تحقیقات انجام شده در مورد نانو رباتها بر مبنای شبیهسازیهای کامپوتری به منظور آزمایش و هدایت ساختار نانو رباتها میباشد. بهطور نمونه، کاوالکانتی و همکاران در [4] راهی را برای رها کردن نانو رباتها به داخل رگهای خونی و آشکار کردن" آنوریسم" در مغز بیان میکند.
ال آریف و همکاران در [5]، امکان استفاده از نانو رویاتها در یافتن عصب آسیب دیده و رساندن دارو به منظور درمان عصب را مورد مطالعه قرار داده اند. به دلیل اندازهی بسیار کوچک این نوع رباتها، ربات های طراحی شده در این رابطه بسیار پیچیده میباشند و از اجزاء بسیار کوچکی تشکیل شده اند .[4] در [17] مسئلهی اندازهی نانو ربات و مقایسه آن با باکتری مورد بحث قرار گرفته است و این موضوع یک ایده جدید و جذاب در رابطه با مهندسی پزشکی به شمار میآید.
در [7] مدل لوله سفت و سخت برای راحتی کار در جریان خون نیوتونی استفاده شده است. معمولا خون میتواند به صورت سیال نیوتونی فرض شود که در آن چسبندگی و لزجت ثایت در نظر گرفته میشود اما تنها برای رگهای خونی با طول بیشتر از 100 µm قابل قبول میباشد. با توجه به [9] در رگهای خونی کوچک، خون ترجیح میدهد که مانند سیال غیر نیوتونی رفتار کند.
مویرگها نوعی از رگها در سیستم خونرسانی هستند که از نظر اندازه و ضخامت، نسبت به سایر رگها کوچکتر میباشند. به همین دلیل امکان پاره شده در مویرگها بیشتر است.[11] قطر مویرگها در حدود µm 30 میباشد. ایدا در [10] گزارش داده است که، جریان خون در مویرگهایی که قطر آنها کمتر از 0.0065 µm رفتار حرکتی آنها را میتوان تنها با مدل سیال H-B توصیف کرد.
مقایسه بین سرعت سیال نیوتنی و سیال غیر نیوتنی در شکل. 2 نمایش داده شده است. در سیالهای غیر نیوتونی به دلیل ثابت بودن سرعت سیال در مرکز لوله، نوک پیکان سرعت تخت میباشد. همچنین سرعت این نوع از سیالات در مرکز لوله، بیشترین مقدار خود را دارا میباشد. بهطورکلی میتوان گفت که سرعت سیالات غیر نیوتنی از سیالات نیوتنی بیشتر است. به دلیل سرعت بالای خون، امکان این که نانو ربات از محل آسیب دیده عبور کند بسیار زیاد میباشد، به همین دلیل بعد از عیور از محل آسیب دیده مجبور به حرکت رو به عقب میشود.
