Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.623-630
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1995
The impulse response functions (force-strain relations) for Euler-Bernoulli and Timoshenko beams are considered. The response of a beam to a transverse impact force is numerically obtained with the convolution approach using the impulse response function obtained by Laplace transform. Using this relation, the impact force history is determined in the time domain and results are compared with those from Hertz's contact law. The parameters of timpact force model are identified using the recovered force and compared with the Hertz's contact model. In order to verify the proposed algorithm, measurements were done using an impact hammer and a steel ball drop test and these results are also compared with the simulated values.
In this report, the contact resistance between "electrode" and "lead" is investigated for reasonable measurements of samples' resistance in a polypyrrole (PPy) nanowire device. The sample's resistance, including "electrode-lead" contact resistance, shows a decrease as force applied to the interface increases. Moreover, the sample's resistance becomes reasonably similar to, or lower than, values calculated by resistivity of PPy reported in previous studies. The decrease of electrode-lead contact resistance by increasing the applying force was analyzed by using Holm theory: the general equation of relation between contact resistance ($R_H$) of two-metal thin films and contact force ($R_H{\propto}1/\sqrt{F}$). The present investigation can guide a reliable way to minimize electrode-lead contact resistance for reasonable characterization of nanomaterials in a microelectrode device; 80% of the maximum applying force to the junction without deformation of the apparatus shows reasonable values without experimental error.
The nanoscale sensing and manipulation have become a challenging issue in micro/nano-robotic applications. In particular, a feedback sensor-based manipulation is necessary for realizing an efficient and reliable handling of particles under uncertain environment in a micro/nano scale. This paper presents a piezoresistive MEMS cantilever for nanoscale force measurement in micro robotics. A piezoresistive MEMS cantilever enables sensing of gripping and contact forces in nanonewton resolution by measuring changes in the stress-induced electrical resistances. The calibration of a piezoresistive MEMS cantilever is experimentally carried out. In addition, as part of the work on nanomanipulation with a piezoresistive MEMS cantilever, the analysis on the interaction forces between a tip and a material, and the associated manipulation strategies are investigated. Experiments and simulations show that a piezoresistive MEMS cantilever integrated into a micro robotic system can be effectively used in nanoscale force measurements and a sensor-based manipulation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.3_1spc
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pp.489-495
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2013
This study analyzed thevariation in the cutting force when the cutting area of a terrace volume is machined, which is generally left after the rough cutting of a sculptured surface. The numerically simulated results for the cutting forces are compared with cutting force measurements by considering the theoretical prediction of the cutting area formation and specific cutting volume. The variation in the cutting force is measured using a dynamometer installed on a machining center for 19 different kinds of test pieces, which are selected according to the variation in the terrace volume factor, tool diameter factor, and cutting depth factor. As a result, it is verified that the cutting forces evaluated by the numerical analysis coincide with the measured cutting forces, and it is proposed as a practical cutting force prediction model.
A new method for both local damage(s) identification and input excitation force identification of beam structures is presented using the dynamic response sensitivity-based finite element model updating method. The state-space approach is used to calculate both the structural dynamic responses and the responses sensitivities with respect to structural physical parameters such as elemental flexural rigidity and with respect to the force parameters as well. The sensitivities of displacement and acceleration responses with respect to structural physical parameters are calculated in time domain and compared to those by using Newmark method in the forward analysis. In the inverse analysis, both the input excitation force and the local damage are identified from only several acceleration measurements. Local damages and the input excitation force are identified in a gradient-based model updating method based on dynamic response sensitivity. Both computation simulations and the laboratory work illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method.
The interaction force between biomolecules(DNA-DNA, antigen-antibody, ligand-receptor, protein-protein) defines not only biomolecular function, but also their mechanical properties and hence bio-sensor. Atomic force microscopy(AFM) is nowadays frequently applied to determine interaction forces between biological molecules and biomolecular force measurements, obtained for example using AFM can provide valuable molecular-level information on the interactions between biomolecules. A proper modification of an AFM tip and/or a substrate with biomolecules permits the direct measurement of intermolecular interactions, such as DNA-DNA, protein-protein, and ligand-receptor, etc. and a microcantilever-based sensor appeared as a promising approach for ultra sensitive detection of biomolecular interactions.
Kim, Deok-Ho;Yun, Seok;Kang, Hyun-Jae;Kim, Byung-Kyu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2079-2084
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2003
In biological cell manipulation, manual thrust or penetration of an injection pipette into an embryo cell is currently performed by a skilled operator, relying on visual feedback information only. Accurately measuring cellular forces is a requirement for minimally invasive cell injections. Moreover, the cellular force sensing is essential in investigating the biophysical properties for cell injury and membrane modeling studies. This paper presents cellular force measurements for the force feedback-based biomanipulation. Cellular force measurement system using piezoelectric polymer sensor is implemented to measure the penetration force of a zebrafish egg cell. First, measurement system setup and calibration are described. Second, the force feedback-based biomanipulation is experimentally carried out. Experimental results show that it successfully supplies real-time cellular force feedback to the operator at tens of uN and thus plays a main role in improving the reliability of biological cell injection tasks.
Kim, Duk-Ho;Kim, Byung-Kyu;Yoon, Seok;Kang, Hyun-Jae
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.237-240
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2003
In biological cell manipulation, manual thrust or penetration of an injection pipette into an embryo cell is currently performed by a skilled operator, relying on visual feedback information only. Accurately measuring cellular forces is a requirement for minimally invasive cell injections. Moreover, the cellular farce sensing is essential in investigating the biophysical properties for cell injury and membrane modeling studies. This paper presents cellular force measurements for the force feedback-based biomanipulation. Cellular force measurement system using piezoelectric polymer sensor is implemented to measure the penetration force of a zebrafish egg cell. First, measurement system setup and calibration are described. Second, the force feedback-based biomanipulation is experimentally carried out. Experimental results show that it successfully supplies real-time cellular force feedback to the operator at several tens of uN and thus plays a main role in improving the reliability of biological cell injection tasks.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.5
no.3
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pp.19-25
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2004
Pitch measurements of 150 nm one-dimensional grating standards were carried out using a contact mode atomic force microscopy with a high resolution three-axis laser interferometer. This measurement technique was named as the 'nano-metrological AFM'. In the nano-metrological AFM, three laser interferometers were aligned precisely to the end of an AFM tip. Laser sources of the three-axis laser interferometer in the nano-metrological AFM were calibrated with an I$_2$ stabilized He-Ne laser at a wavelength of 633 nm. Therefore, the Abbe error was minimized and the result of the pitch measurement using the nano-metrological AFM could be used to directly measure the length standard. The uncertainty in the pitch measurement was estimated in accordance with the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). The primary source of uncertainty in the pitch-measurements was derived from the repeatability of the pitch-measurements, and its value was about 0.186 nm. The average pitch value was 146.65 nm and the combined standard uncertainty was less than 0.262 nm. It is suggested that the metrological AFM is a useful tool for the nano-metrological standard calibration.
The high frequency force balance (HFFB) technique provides convenient measurements of integrated forces on rigid building models in terms of base bending moments and torque and/or base shear forces. These base moments or forces are then used to approximately estimate the generalized forces of building fundamental modes with mode shape corrections. This paper presents an analysis framework for coupled dynamic response of tall buildings with HFFB technique. The empirical mode shape corrections for generalized forces with coupled mode shapes are validated using measurements of synchronous pressures on a square building surface from a wind tunnel. An alternative approach for estimating the mean and background response components directly using HFFB measurements without mode shape corrections is introduced with a discussion on higher mode contributions. The uncertainty in the mode shape corrections and its influence on predicted responses of buildings with both uncoupled and coupled modal shapes are examined. Furthermore, this paper presents a comparison of aerodynamic base moment spectra with available data sets for various tall building configurations. Finally, e-technology aspects in conjunction with HFFB technique such as web-based on-line analysis framework for buildings with uncoupled mode shapes used in NALD (NatHaz Aerodynamic Loads Database) is discussed, which facilitates the use of HFFB data for preliminary design stages of tall buildings subject to wind loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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