شبيه‌سازي حركت ميكروشناگران با الگوبرداري از روي اسپرم به روش المان محدود

در اين پژوهش حركت ميكروشناگر در يك سيال نيوتني تراكم ناپذير با استفاده از روش المان محدود در حالات دو و سه‌بعدي بررسي شده‌است. حركت موجي ‌شكل در دم ميكروشناگر باعث ايجاد نيروهاي هيدروديناميكي درون سيال مي‌شود و نيروي عكس‌العمل آن، باعث به جلو راندن ميكروشناگر مي‌شود. براي بررسي اين موضوع، معادله ناوير-استوكس با قانون نيوتن جفت شده و در ناحيه محاسباتي حل شده‌‌است. در قسمت اول اين پژوهش، تأثير پارامترهاي هندسي، همچون عرض كانال و پارامترهاي موجي، همچون دامنه و طول موج، بر سرعت ميكروشناگر بررسي شد. در ميان نتايج بدست آمده، رابطه بين طول موج و سرعت ميكروشناگر مورد توجه قرار گرفت. نشان داده ‌شد كه روند تغييرات سرعت در حالت دوبعدي قابل پيش‌بيني نبوده و ارتفاع كانال شديداً بر اين رابطه تأثير مي‌گذارد. در قسمت دوم اين مطالعه، با استفاده از مدل گسترش داده شده به بررسي پديده شناي هماهنگ در دو حالت دو و سه‌بعدي پرداخته و نشان داده ‌شد كه ميانگين سرعت شنا در حالت پهلو به پهلوي دو‌بعدي، پهلو به پهلوي سه‌بعدي و بالا-پايين سه‌بعدي، به ترتيب 12 درصد افزايش، 10 درصد كاهش و 7 درصد افزايش مي‌يابد. در انتها نيز با بررسي توزيع فشار در دامنه محاسباتي و اطراف ميكروشناگران مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه دوقطبي‌هاي ايجاد ‌شده ناشي از ضربه دم ميكروشناگران و جهت قرارگيري آن‌ها علت افزايش و يا كاهش ميانگين سرعت شنا است.