کبد از مهم ترین اعضای بدن بوده که مسئولیت اصلی را در متابولیسم پروتئین ها و سم زدایی بدن بر عهده دارد. بررسی بافت و مطالعه خواص مکانیکی آن، می تواند بستری برای تشخیص زودهنگام سرطان و به دنبال آن شناسایی روش های درمان باشد. میکروسکوپ نیروی اتمی ابزاری بسیار قدرتمند در تصویربرداری و شناسایی خواص مکانیکی نانو ذرات و در مراحل پیشرفته تر برای جابه جایی این ذرات است. در این پژوهش نیز از میکروسکوپ نیروی اتمی و با استفاده از سه نوع تیرک با هندسه های مستطیلی، وی-شکل و خنجری به بررسی مدول یانگ بافت سرطانی کبد پرداخته شده است. سپس با استفاده از مدل تماسی هرتز، محدوده مدول یانگ برای هر سه نوع تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی شبیه سازی شده است. نتایج کار تجربی و شبیه سازی های تئوری باهم مقایسه شده اند. درنهایت به منظور صحت سنجی، نتایج به دست آمده در این پژوهش با دیگر پژوهش ها مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده نشان داده است که استفاده از تیرک وی-شکل موجب دست یابی به محدوده دقیق تری از مدول یانگ می شود. همچنین مدول یانگ برای بافت سرطانی کبد در محدوده 800 تا1500 پاسکال به دست آمده است.

امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی کاربردهای مختلفی در ساخت قطعات ریز مقیاس و بررسی خواص مکانیکی آن ها دارد. مطالعه خواص مکانیکی بافت ها می تواند به عنوان عاملی مهم برای تشخیص زودهنگام سرطان و کمک به روش های جدید درمان های در نظر گرفته شود. روش های مختلفی برای تشخیص بافت های سرطانی وجود دارد که یکی از این راه ها بررسی مدول یانگ بافت است. یکی از جدیدترین روش ها برای استخراج مدول یانگ در بافت های بیولوژیکی استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی است. در این مطالعه، ابتدا از میکروسکوپ نیروی اتمی به منظور استخراج مدول یانگ بافت سرطانی سینه MCF-10 با استفاده از سه تیرک مختلف با هندسه های مستطیلی، وی-شکل و خنجری استفاده شده است. با توجه به تصاویر به دست آمده توسط میکروسکوپ نیروی اتمی، هندسه سلول کروی در نظر گرفته شد. نمودار نیرو- عمق نفوذ با میانگین گیری نتایج تجربی برای هرکدام از تیرک ها به طور مجزا رسم شد. در آخر مدول یانگ بافت سرطانی سینه برای سه تیرک با هندسه های مستطیلی، وی-شکل و خنجری با مدل تماسی هرتز استخراج شده است. با مقایسه نتایج تجربی و تئوری و با تغییر محدوده مدول یانگ فرضی برای هر سه هندسه تیرک ها، مشاهده شد که، استفاده از تیرک وی-شکل به دلیل اعمال نیروی کم تر به بافت، محدوده دقیق تری از مدول یانگ را پیش بینی می کند. مدول یانگ بافت سرطانی با استفاده از تیرک وی- شکل بین 1200 تا 1250 پاسکال در نظر گرفته شد.

در این مقاله یک تیرک پیزوالکتریک برای دریافت انرژی صوتی در محیط واقعی طراحی شده است. انرژی دریافتی الکتریکی از این تیرک می تواند در باطری ذخیره شده یا مستقیما توسط مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. از دو تیرک مسی و پیزوالکتریک شامل پلی وینیلیدن فلوراید که در آن طول لایه پیزوالکتریک کوتاه تر است و در نقطه بهینه تیرک مسی قرار دارد، در این شبیه سازی استفاده شده است. توان صوت 100 دسی بل بلندگو [i] در یک اتاق 1 متر مکعبی با درنظر گرفتن وجود هوا در محیط به تیرک در وسط اتاق اعمال شده است. با ساخت تیرک در طول 8/7 سانتی متری، فرکانس خمشی اول تیرک به نزدیکی 100 هرتز می رسد با تحریک تیرک در این فرکانس خمشی اثر نوفه به حداکثر مقدار خود می رسد و در نهایت منجر به تولید ولتاژ حدود 70 میلی ولتی می گردد.

سمپاش ها وسایل مهمی در کشاورزی هستند که معمولا به وسیله تراکتور در مزرعه حرکت داده می شوند. سمپاش ها باید در شرایط مختلفی که در مزرعه با آن مواجه می شوند، نرخ ثابتی از مواد شیمیایی را توزیع کنند. ارتعاشات ناخواسته تیرک سمپاش، باعث کاهش عمر آن و توزیع غیر یکنواخت مواد شیمیایی پاشیده شده در زمین می شود. بنابراین در این مطالعه، یک مدل سیستم تعلیق برای ارتعاشات چرخشی تیرک سمپاش با استفاده از المان های فنر و میراگر افقی و قائم ارائه شده است. سپس فضای حالت سیستم دینامیکی استخراج شده است. در این فضای حالت، چرخش مطلق قاب متصل شده به تراکتور حول محور افقی (غلت طولی تراکتور) ورودی است و چرخش مطلق تیرک سمپاش حول محور افقی خروجی است. همچنین ماتریس بهره بهینه برای فضای حالت سیستم، با استفاده از تنظیم کننده خطی مرتبه دوم (LQR) طراحی گردیده است. نهایتا پاسخ تیرک سمپاش به ورودی های ضربه، پله، شیب و نویز سفید محاسبه و با پاسخ ضربه، پله، شیب و نویز سفید سیستم بدون کنترلر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که کنترلر طراحی شده به طور قابل ملاحظه ای ارتعاشات چرخشی تیرک سمپاش را کاهش داده و عملکرد سمپاش را بهبود می بخشد.

در این مقاله دینامیک غیر خطی میکروسکوپ نیروی اتمی مستطیلی با مدل تیر تیموشنکو با در نظر گرفتن اثر پارامترهای هندسی مانند طول، عرض، ضخامت تیرک، ارتفاع نوک تیرک و زاویه قرارگیری تیرک نسبت به نمونه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مبین آن هستند که فرکانس تشدید، دامنه ارتعاش و فاز پاسخ بسیار حساس به تغییرات پارامترهای هندسی هستند. سپس به منظور بهبود رفتار سیستم و بهینه سازی آن تحلیل حساسیت پارامترهای هندسی سیستم بر روی فرکانس تشدید و دامنه ارتعاش تغییر مکان عمودی مربوط به مود اول به روش سوبول انجام شده است. از آنجا که وضوح تصاویر گرفته شده از نمونه ها و تقریب خواص رابطه مستقیمی با حساسیت فرکانسی میکروسکوپ نیروی اتمی دارند، نتایج این مقاله می توانند راهنمای خوبی جهت انتخاب بهترین تیرک به منظور رسیدن به بهترین وضوح تصویر برای نمونه های نرم بیولوژیکی در محیط مایع باشند. همچنین یکی از روشهای بالا بردن سرعت عکسبرداری در محیط مایع استفاده از تیرکهای کوتاه است و برای مدل سازی تیرکهای کوتاه، مدل تیر تیموشنکو از مدلهای دیگر مانند تیر اویلر برنولی بسیار دقیق تر به نظر می رسد زیرا در مدل تیر تیموشنکو اثر تغییر شکل برشی و اینرسی چرخشی در نظر گرفته می شود و در این مقاله از این مدل برای رسیدن به نتایجی دقیق تر استفاده شده است.

در منیپولیشن نانوذرات با میکروسکوپ نیروی اتمی، به منظور مدل سازی دقیق دینامیک منیپولیشن و جلوگیری از آسیب به نانوذره، محاسبه دقیق نیروی بحرانی امری ضروری می باشد. برای مدل سازی دینامیکی دقیق و محاسبه نیروی وارد بر نانوذره نیز نیاز به مدل سازی سختی در انواع تیرکها، شناخت پارامترهای هندسی حساس موثر بر سختی تیرک ها و پارامترهای حساس موثر بر زمان و نیروی بحرانی می باشد. ازاین رو در این مقاله ابتدا به صورت مجزا به بررسی دو نوع متداول تیرکها یعنی تیرک های وی-شکل و خنجری پرداخته شده است. برای مدل سازی سختی تیرک وی-شکل، این تیرک به دو قسمت تقسیم شده است؛ قسمت اول مثلثی و قسمت دوم شامل دو تیر مورب مستطیلی است. سپس سختی هر قسمت به طور مجزا مدل شده و سختی نهایی محاسبه شده است. برای مدل سازی سختی تیرک خنجری نیز از همین روش استفاده شده و تیرک به دو قسمت مثلثی و مستطیلی تقسیم شده و سختی نهایی به دست آورده شده است. با توجه به این که بررسی پارامترهای اثرگذار بر سختی تیرک و زمان و نیروی بحرانی منیپولیشن در منیپولیشن ذرات زیستی اهمیت بالایی دارد، لذا با استفاده از روش آنالیز حساسیت ای-فست به انتخاب مناسب نوع تیرک و پارامترهای آن پرداخته شده است. در انتها در این مقاله نشان داده شده است که تیرک خنجری برای جابه جایی ذرات بیولوژیکی مناسب تر است.

در این مقاله رفتار دینامیکی غیرخطی تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی در حالت غوطه ور در محیط مایع مدل سازی شده است. برای ارتقای مدل، حداکثر جزییات لازم برای تیرک و سطح نمونه در نظر گرفته شده است. با توجه به اهمیت میکروسکوپ نیروی اتمی در تحلیل و عکس برداری از سطوح مختلف، داشتن یک مدل نظری جامع و کامل به منظور تفسیر و تحلیل تصاویر گرفته شده، پیشگویی درباره نتایج حاصل از تحلیل سطوح و حتی انتخاب حالت کاربردی برای میکروسکوپ، مخصوصا در محیط های مایع و زیستی امری ضروری است. به منظور مدل سازی ارتعاشی تیرک برخلاف مدل های قبلی به جای نظریه تیر اولر-برنولی از مدلی دقیق تر یعنی نظریه تیر تیموشنکو، که اثرهای تغییر شکل برشی و لختی چرخشی را در نظر می گیرد، استفاده شده است. در مدل سازی جزییاتی همچون ضخامت تیرک، طول و عرض تیرک، زاویه بین تیرک و سطح نمونه، سفتی های نسبی عمودی و مماسی، ارتفاع نوک هرمی نصب شده به انتهای تیرک، نسبت شیب عرضی، نسبت شیب ارتفاعی، زمان و لزجت سیال به عنوان محیط در نظر گرفته شده اند. در شرایط مرزی از مدل غیرخطی نیروی بین تیرک و سطح نمونه بر مبنای نظریه برخورد هرتز استفاده شده است. برای حل معادله های غیرخطی از روش عددی مشتقات مربعی استفاده و به طور کلی رفتار نرم شوندگی برای تمامی نمونه ها مشاهده شده است. تتراکلرید کربن، آب، متانول و استون به عنوان محیط های مایع به کاربرده برده شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش لزجت سیال به عنوان محیط، بسامد تشدید تیرک کاهش می یابد. متغیر زمان، تاثیر قابل ملاحظه ای بر بسامد تشدید تیرک ندارد. در ادامه، نتایج نظری با مدل آزمایشگاهی برای یک تیرک نمونه در محیط های آب و هوا در هر دو حالت تماسی و غیر تماسی مقایسه شده است و مقایسه آن ها سازش خوبی را نشان می دهد.

هدف این مقاله، معرفی یک طراحی فرآیند ساخت ساده به منظور پیاده سازی آرایه ای از میکرو تیرک های یک سر آزاد دو ماده ای از جنس SiO2/Al است که مبتنی برپایه فناوری میکرو ماشین کاری حجمی می باشد. به کمک این فرآیند می-توان تیرک های دوماده ائی را در آزمایشگاه های تحقیقاتی با امکانات محدود پیاده سازی نمود. از نتایج حاصل از این مقاله می توان برای ساخت حساسه ها بر پایه تیرک های یک سر آزاد از جنس SiO2/Al استفاده نمود. بزرگ ترین مشکل فنی در ساخت این نوع از تیرک ها به روش میکرو ماشین کاری حجمی، حفاظت از Al در داخل زدایشگرهای سیلیکون از قبیل KOH، EDP و TMAH است که در این روش از زدایشگر سیلیکون Dual doped TMAH استفاده شده است. این فرآیند با سه عملیات لیتوگرافی یک طرفه و یک عملیات لیتوگرافی دوطرفه توسط دو ماسک کرمی و یک ماسک پلاستیکی شفاف تحقق یافته است. همچنین با استفاده از معلق سازی تیرک ها به روش رهاسازی تر در دمای محیط از پیچیدگی رهاسازی تیرک ها از لایه قربانی اجتناب شده است. با این فرآیند، آرایه ای از تیرک های یک سر آزاد دو ماده-ای به طول های μ m50، 100، 150، 200، 250، 300، 350 و 400 و به عرض های μ m20 و 40 باضخامت μ m1 برای SiO2 و nm200 برای Al ساخته شده اند.

نیرو و زمان بحرانی دو پارامتر خروجی مهم در نانومنیپولیشن ذرات مختلف هستند. پارامترهای ورودی مختلفی بر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن اثرگذار بوده که پارامترهای ابعادی و سرعت را می توان مهم ترین آنها دانست. برای محاسبه دقیق نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن نیاز به تحلیل دقیق میزان اثرگذاری پارامترهای مختلف ورودی است. یکی از روش های نوین در تحلیل حساسیت اثرگذاری پارامترهای ورودی بر مسایل، روش های تحلیل حساسیت آماری هستند که یکی از دقیق ترین این روش ها، روش سوبل است. پیش از این تحقیقاتی در رابطه با اثرگذاری پارامترهای مختلف بر منیپولیشن دوبعدی صورت پذیرفته است. در این مقاله برای نخستین بار با استفاده از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل اثر پارامترهای ابعادی مختلف شامل 9 پارامتر طول تیرک، عرض تیرک، ضخامت تیرک، ارتفاع سوزن، سرعت در راستای محورهای x و y، شعاع ذره، شعاع نوک سوزن و طول ذره بر 8 پارامتر خروجی شامل نیروی بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y، غلتش حول محور y و زمان بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y و غلتش حول محور y در منیپولیشن سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج کلی به دست آمده بیانگر این است که پارامترهای ضخامت تیرک و طول تیرک اثرگذارترین پارامترها بر نیروهای بحرانی و پارامترهای ارتفاع سوزن و ضخامت تیرک اثرگذارترین پارامترها بر زمان های بحرانی هستند.