استفاده از روش کنترل غیر خطی مود لغزشی جهت مدلسازی فرآیند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی

چکیده مقاله

پیشرفت‌های اخیر در نانوفناوری نیاز به روش‌های دقیق و پایدار برای منیپولیشن ذرات زیستی و غیرزیستی را پررنگ کرده است. در این میان، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) به دلیل قابلیت بالای آن در ایجاد تماس کنترل‌شده و ثبت جابه‌جایی‌های بسیار کوچک، یکی از ابزارهای کلیدی محسوب می‌شود. با این حال، پایداری تماس میان نوک سوزن و ذره و جلوگیری از لغزش‌های ناخواسته، به‌ویژه در برخورد با هندسه‌های پیچیده، همچنان یک چالش مهم است. در این پژوهش، یک چارچوب مدل‌سازی دینامیکی همراه با کنترل مبتنی بر مود لغزشی برای بهبود عملکرد AFM در فرآیند منیپولیشن ارائه شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده است که کنترل‌کننده طراحی‌شده قادر است موقعیت و زاویه سوزن را با دقت بالا پایدار نگه دارد. بررسی سه هندسه ذره شامل کروی، استوانه‌ای و استوانه پخ‌خورده آشکار ساخت که میزان لغزش با پیچیده‌تر شدن سطح افزایش می‌یابد؛ به‌گونه‌ای که ذرات کروی کمترین لغزش (۳.۴٪) و ذرات استوانه پخ‌خورده بیشترین لغزش (۴.۸٪) را ایجاد کردند. همچنین مقایسه سه نوع تیرک نشان داد که تیرک V-شکل با لغزش ۲.۱٪ و کاهش قابل توجه نوسانات زاویه‌ای بهترین عملکرد را داشته است. یافته‌ها نشان می‌دهد که ترکیب مدل‌سازی دقیق و کنترل مبتنی بر مود لغزشی می‌تواند راهکاری مؤثر برای توسعه سیستم‌های AFM و گسترش کاربرد آن در حوزه‌های زیستی و مهندسی بافت باشد.