Untethered bio-inspired helical swimmer in channels

Abstract

Bu calısma helis yapıların ici sıvı dolu tuplerdeki hareketine etkiyen helisin capı,dalga uzunluğu, acısal donme hızı ve icinde ilerlediği tupun capı gibi parametrelerin makroyuzucunun hareketi uzerindeki etkilerinin yapılan deneylerle incelenmesi ve modellenmesiuzerine odaklanmıstır. Bu calısmanın ilk asaması makro boyutta helis yapılı robotların dizaynedilmesidir. Bu tasarım genel olarak robotun sıvı icindeki hareketi incelenerek olusturulankriterler baz alınarak yapılmıstır. İkinci asama olarak altı serbestlik dereceli hareket denklemiteorik olarak modellenmistir. Deneylerde sadece ilerleme hızı ve govdenin acısal hızıgozlemlenebildiği icin bu altı serbestlik dereceli hareketten sadece iki serbestlik derecelihareket sonucları deney sonucları ile karsılastırılabilmistir. Ucuncu asamada ise helisparametrelerinin ve kanal caplarının yuzucu hareketi uzerindeki etkilerinin CFD(computational fluid dynamics) modeli kullanılarak iki dereceli serbestlik hareketi bazalınarak modellenmistir. Son olarak deneysel sonuclar gelistirilen teorik ve CFD modelsonucları ile karsılastırılmıstır.

Keywords: Stokes flows, biomimetic micro swimming, CFD modeling, micro swimmingrobots, Resistive Force Theory, macro helical swimmer experimentsThis study focuses on analyzing the effects of parameters such as helical pitch, helicalwavelength, and frequency of rotations and diameter of channels on the measured velocity ofhelix and rotation rate of the body. The first stage of this study is macro design of robots withhelical tails. The fundamentals of the design are mainly based on the criteria that affect therobots? motion. The second purpose of the thesis is applying the resistive force theory (RFT)to analyze the effects of swimming parameters and diameter of channels on the velocity ofhelix and rotation rate of body, analytically. This theoretical model is developed for sixdegree-of-freedom motion of the helix but two degree-of-freedom motion results areconsidered because only forward speed and body rotation rates are observable fromexperiments. The third stage of this study is analyzing the effect of swimming parameters andthe diameter of channel on the swimming motion of the swimmer with helical tail by meansof CFD (computational fluid dynamics) models. In the last stage, the experimental results arecompared with RFT and CFD models.