Optimisation des micro-nageurs magnétiques à faibles nombres de Reynolds
Auteur / Autrice : | Johan Quispe |
Direction : | Stéphane Régnier |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Robotique |
Date : | Soutenance le 26/01/2022 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....) |
Jury : | Président / Présidente : Frédéric Boyer |
Examinateurs / Examinatrices : Marie-Aude Vitrani, Aude Bolopion, Pierre Renaud | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilgueng Hwang, Pierre Lambert |
Mots clés
Résumé
Avec l’avènement des procédés de miniaturisation et les avancées dans le domaine de la micro-robotique, la possibilité d’envisager des structures miniaturisées pour réaliser différentes interventions médicales devient chaque jour plus réaliste. Parmi les différentes micro-machines conçues jusqu’à présent, les micro-nageurs hélicoïdaux ou à flagelles artificielles se sont démarqués. En effet, ces mécanismes peuvent être aisément actionnés en utilisant des champs magnétiques tournants de faible intensité, limités à quelques milliteslas, répondant aux normes internationales établies par la FDA. Les micro-nageurs hélicoïdaux ne sont qu’un sous-type de ce que nous appelons les structures chirales. Les micro-nageurs chiraux sont des structures capables de convertir leur rotation selon un certain axe en un mouvement linéaire de la même manière que les nageurs hélicoïdaux. En outre, les micro-nageurs chiraux peuvent exécuter différentes fonctionnalités dans des environnements à faible nombre de Reynolds. Ils peuvent nager ou pomper du fluide. Pour cette raison, étudier leurs configurations optimales pour effectuer différentes tâches ainsi que comprendre leur comportement dans des biofluides complexes est d’un intérêt certain. A travers cette thèse, nous recherchons différentes caractéristiques de structures chirales optimales selon plusieurs critères, dont la tâche à optimiser et la nature de la source de couple. L’ambition de cette thèse est de fournir des critères d’optimisation des structures chirales pour effectuer différentes tâches biomédicales. En ce sens, nous visons à: • Développer un environnement de simulation pour réaliser l’optimisation de la nage des structures chirales. • Optimiser les capacités de nage et de pompage de structures chirales spécifiques appelées nageurs hélicoïdaux (NH) largement étudiés dans la littérature. Cela inclut l’établissement des facteurs géométriques et rhéologiques clés qui améliorent leurs performances respectives dans les fluides Newtoniens et non Newtoniens. • Optimiser les capacités de nage et de pompage de structures de nageurs chirales (NC) en fluides Newtonien et principalement dans les fluides biologiques complexes non Newtoniens, ces derniers présentant un comportement d’amincissement par cisaillement. Des analyses analytiques, numériques et expérimentales sont développées tout au long de ce document.