Controle de dispositivos de aprisionamento acústico para manipulação sem contato de objetos

• Processo: 21/12848-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2022
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2024
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
• Acordo de Cooperação: DFG
• Pesquisador responsável: Marco Aurélio Brizzotti Andrade
• Beneficiário: Marco Aurélio Brizzotti Andrade
• Pesquisador Responsável no exterior: Christoph Ament
• Instituição Parceira no exterior: Universität Augsburg, Alemanha
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Cristiano Luis Pinto de Oliveira ; Gabriel Lima Barros de Araujo
• Assunto(s): Acústica Levitação acústica Ultrassom Espalhamento de raios X a baixos ângulos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Acústica | Engenharia de Controle | levitação acústica | ultrassom | ultrassom

Resumo

A manipulação sem contato de gotas de líquidos e objetos sólidos frágeis através de métodos de levitação acústica possui diversas aplicações em química, farmácia, biologia e em microeletrônica. Nos últimos anos, diversos novos avanços em levitação acústica vêm permitindo o controle do movimento do objeto levitado em três dimensões, mas oscilações indesejadas do objeto levitado podem inibir sua utilização em certas aplicações que necessitam de alta precisão na movimentação do objeto. Com o intuito de aumentar a velocidade de manipulação e reduzir as oscilações indesejadas do objeto levitado, nós iremos investigar a aplicação de sistemas de controle em malha aberta e malha fechada no contexto da levitação acústica. Para realizar este estudo, iremos combinar os conhecimentos de engenharia de controle do grupo de pesquisa alemão com os conhecimentos de levitação acústica do grupo de pesquisa brasileiro. Neste estudo, gotas de líquidos e objetos sólidos serão levitados e manipulados por um sistema de levitação acústica constituído por uma matriz de transdutores de ultrassom de baixa potência. Métodos de engenharia de controle, como feed forward control e H-infinity control, serão aplicados para reduzir a oscilação e aumentar a velocidade de manipulação do objeto levitado. Este estudo será dividido em três partes. Na primeira parte, iremos projetar um novo sistema de levitação acústica e implementar um modelo caixa branca, na qual os parâmetros do modelo serão determinados experimentalmente através de métodos de identificação. Em seguida, iremos utilizar este modelo para desenvolver um sistema de controle em malha aberta para manipular objetos sólidos e gotas de líquidos. Estes resultados serão utilizados para desenvolver um sistema em malha fechada na qual uma câmera de alta velocidade será utilizada para obter a posição do objeto e a partir disso, o sistema de controle irá atuar para reduzir as oscilações indesejadas causadas por distúrbios inerentes ao sistema, como aqueles causados pelo fenômeno da correnteza acústica. A avaliação do sistema será feita a partir de critérios como erro no posicionamento do objeto, velocidade máxima e amplitude da oscilação do objeto levitado. Como última etapa, o sistema desenvolvido será instalado em um equipamento de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) para levitar, manipular e analisar múltiplas gotas de líquidos no ar. (AU)