세포 포획, 절단, 분리 및 주입과 같은 세포 수준의 조작을 실현하기 위해 본 논문에서는 생물 세포 공학을 위한 유연한 병렬 압전 위치 지정대를 설계하고 모델링, 시뮬레이션 및 테스트를 수행하였다. 이 위치 지정대는 동적 플랫폼, 베이스, 3단 증폭 메커니즘 및 세 개의 압전 액츄에이터로 구성되어 있다. 압전 액츄에이터가 생성하는 변위는 3단 증폭 메커니즘을 통해 증폭되며, 피드백 제어를 통해 위치 지정대의 정밀한 움직임을 실현하여 목표 위치 결정 효과를 달성한다. 설계 과정에서는 유사 강체법과 유연 힌지 강성 계산 모델을 결합하여 메커니즘의 운동 및 정역학 분석을 수행하였다. 라그랑주 방정식을 이용하여 집중 질량법으로 설계된 유연 병렬 압전 위치 지정대의 동적 모델을 구축하였다. 구조 매개변수가 결정된 후, 이론 모델의 타당성을 검증하기 위해 유한 요소 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 이론 모델과 시뮬레이션 모델 간 오차는 10% 미만으로 나타났으며, 이 메커니즘은 큰 이동 거리와 높은 주파수의 움직임을 구현할 수 있다. 또한, 유연 병렬 압전 위치 지정대 시제품 시스템을 구축하여 개방 루프 및 폐쇄 루프 성능을 평가하기 위한 실험 테스트를 진행하였다. 실험 결과, 설계된 위치 지정대는 125 μm×126 μm 작업 이동 거리와 X 및 Y 방향의 고유 진동수가 각각 128.9 Hz, 132.8 Hz이며, 운동 분해능은 400 nm 이상임을 보여주었다.

세포 미세 조작; 압전 액츄에이터; 유연 병렬 메커니즘; 미세 위치 지정 플랫폼