세포 수준에서의 세포 포획, 절단, 분리 및 주입과 같은 조작을 실현하기 위해 본 논문에서는 생물 세포 공학을 위한 유연한 병렬 압전 위치결정대를 설계하고 모델링, 시뮬레이션 및 테스트를 수행하였다. 이 위치결정대는 작동 플랫폼, 베이스, 3단 증폭 메커니즘 및 3개의 압전 액추에이터로 구성된다. 압전 액추에이터가 생성하는 변위는 3단 증폭 메커니즘을 통해 증폭되며, 피드백 제어를 통해 위치결정대의 정밀한 움직임을 실현하여 목표 위치를 달성한다. 설계 과정에서는 유사 강체법과 유연 힌지 강성 계산 모델을 결합하여 메커니즘의 운동 정역학 분석을 수행하였다. 라그랑주 방정식을 이용하고 집중 질량 방법을 채택하여 설계된 유연 병렬 압전 위치결정대의 동역학 모델을 구축하였다. 구조 파라미터가 결정된 후 유한 요소 해석을 수행하여 도출된 이론 모델을 검증하였다. 시뮬레이션 결과 이론 모델과 시뮬레이션 모델 간 오차가 10% 미만이며, 이 메커니즘은 큰 스트로크와 높은 주파수의 운동을 실현할 수 있음을 보여주었다. 또한 유연 병렬 압전 위치결정대 프로토타입 시스템을 구축하여 개루프 및 폐루프 성능을 평가하기 위한 실험 테스트를 수행하였다. 실험 결과 설계된 위치결정대는 125 μm × 126 μm의 작업 스트로크를 가지며, X 및 Y 방향의 고유 주파수는 각각 128.9 Hz 및 132.8 Hz이고, 해당 운동 해상도는 모두 400 nm 이상 우수하다.

세포 미세조작; 압전 액추에이터; 유연 병렬 메커니즘; 마이크로 위치 결정 플랫폼