Modelado dinámico y control predictivo de un sistema microfluídico

Abstract

[EN] Microfluidics, a discipline that studies the behavior of fluids in microscopic channels, has led to important advances in fields as diverse as microelectronics, biotechnology and chemistry. Microfluidic research is mainly based on the use of microfluidic chips, low-cost devices that can be used to perform laboratory experiments using small amounts of fluid. These systems, however, require advanced control mechanisms in order to accurately achieve the flow rates and pressures required in the experiments. In this paper we present the design of a model predictive controller intended to regulate the fluid flows in one of these systems. The results obtained, both through simulations and real experiments performed on the device, demonstrate that predictive control is an ideal technique to control these systems, especially taking into account all the existing constraints.

[ES] La microfluídica, disciplina que estudia el comportamiento de fluidos en canales microscópicos, ha permitido importantes avances en campos tan diversos como la microelectrónica, la biotecnología o la química. La investigación en microfluídica se basa fundamentalmente en el uso de chips microfluídicos, dispositivos de bajo coste que permiten realizar experimentos de laboratorio utilizando una cantidad reducida de fluido. Estos sistemas, no obstante, requieren mecanismos avanzados de control para poder alcanzar con precisión los caudales y presiones necesarios en los experimentos. En este artículo presentamos el diseño de un controlador predictivo basado en modelo destinado a regular los flujos de fluido en uno de estos sistemas. Los resultados obtenidos, tanto mediante simulaciones como en experimentos reales realizados sobre el dispositivo, demuestran que el control predictivo es una técnica idónea para controlar estos sistemas, especialmente teniendo en cuenta todas las restricciones existentes.