Person: Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín
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Job Title
Last Name
Ezcurdia Aguirre
First Name
Íñigo Fermín
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Estadística, Informática y Matemáticas
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ISC. Institute of Smart Cities
ORCID
0000-0003-4268-6760
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811121
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Publication Open Access LeviPrint: contactless additive manufacturing using acoustic levitation with position and orientation control of elongated parts(2021) Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Morales González, Rafael; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta MatematikaLeviPrint assembles small objects in a contactless way using ultrasonic phased-arrays and optimization algorithms. We explore a set of methods that enables 6 Degrees-of-Freedom (DoF) control of elongated bodies. We then evaluate different ultrasonic arrangements to optimize the manipulation of these bodies. The combination of arrangements and optimization algorithms allow us to levitate, orientate and assemble complex objects. These techniques and arrangements can be leveraged for the microfabrication of electromechanical components and in-vivo additive manufacturing. We highlight the reduction of cross-contamination and the capability to manufacture inside closed containers from the outside.Publication Open Access Enhancing the quality of amplitude patterns using time-multiplexed virtual acoustic fields(American Institute of Physics, 2023) Elizondo Martínez, Sonia; Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Goñi Carnicero, Jaime; Galar Idoate, Mikel; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta MatematikaUltrasonic fields can push and levitate particles, heat up materials, induce contactless tactile stimuli, or affect the blood-brain barrier. Current phased-arrays can create dynamic amplitude patterns, but their quality may be insufficient due to the limited density of emitters. On the other hand, passive modulators can provide high quality, but only static patterns can be generated. Here, we show and evaluate how the average of multiple time-multiplexed amplitude fields improves the resolution of the obtained patterns when compared with the traditional single-emission method. We optimize the non-linear problem of decomposing a target amplitude field into multiple fields considering the limitations of the phased-array. The presented technique improves the quality for existing setups without modifying the equipment, having the potential to improve bio-printing, haptic devices, or ultrasonic medical treatments.Publication Open Access Optimization of acoustic fields: advances towards its use for matter manipulation and contactless fabrication(2023) Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaLos campos de presión acústica son capaces de modelar y levitar partículas de una amplia gama de materiales y tamaños a través del aire, el agua o el tejido biológico. Esto tiene aplicaciones en cristalografía, manipulación celular, escenarios lab-on-a-chip, farmacología, transporte sin contacto e incluso levitación de seres vivos. En general, la investigación de campos de presión acústica ha experimentado avances significativos en los últimos años. Su flexibilidad y sus posibles aplicaciones han aumentado considerablemente con el desarrollo de técnicas holográficas y el uso de optimizadores. Sin embargo, aún hay margen de mejora, ya que las limitaciones dificultan la aplicación de los campos acústicos en diversos escenarios de investigación. Por ejemplo, no existe una plataforma de hardware unificada que motive de forma flexible la investigación exploratoria en aplicaciones de holografía acústica. La mayoría de los dispositivos comerciales o de caseros carecen de la resolución o la potencia que necesitan las personas investigadoras, por lo que tienen que fabricar dispositivos más complejos y caros. Además, investigaciones anteriores se han centrado en la levitación y manipulación de pequeñas partículas y gotas; sin embargo, aún no se ha desarrollado un prototipo completo para la fabricación sin contacto; no existen artículos científicos que estudien el atrapamiento de objetos alargados tanto en posición como en orientación. Además, la microfluídica está limitada en cuanto a la manipulación tridimensional (3D), el tamaño de las gotas y la contaminación cruzada. Esta tesis ofrece una introducción exhaustiva a la optimización de los campos acústicos, repasando su importancia en aplicaciones de múltiples ámbitos de la investigación y la industria. Esta tesis también examina las limitaciones y deficiencias previamente expuestas y presentes en el actual diseño y aplicación de campos acústicos. Se proponen algoritmos novedosos para generar los campos deseados y mejorar significativamente su resolución y potencia mediante multiplexación espacial y temporal. Se presenta una plataforma de hardware abierta y asequible para facilitar la adaptación a los requisitos experimentales de los investigadores que exploran nuevas aplicaciones de los hologramas ultrasónicos. Se diseñan y evalúan trampas acústicas óptimas para manipular elementos alargados controlando su posición y orientación. Se demuestra la fabricación sin contacto utilizando trampas acústicas de piezas alargadas mediante fabricación aditiva basada en partículas levitadas, varillas y resina UV; también se ilustra la adición sobre otros objetos y la construcción dentro de contenedores. Por último, se propone un sistema, destinado a microfluídica 3D, basado en ultrasonidos focalizados a través de una malla hidrófoba. Es sistema es capaz de manejar un gran número de gotas (> 40µL), y capaz de fusionarlas/dividirlas o propulsarlas verticalmente, este sistema mejora significativamente los sistemas EWOD ya existentes generando una menor contaminación superficial. Esta tesis presenta estos logros y sus trabajos relacionados, modelos, metodologías, procedimientos y conclusiones. Espero que estos trabajos supongan un avance significativo en la investigación de los campos acústicos y puedan inspirar y facilitar futuras aplicaciones novedosas de los hologramas acústicos por parte de las personas investigadoras en diversos ámbitos del mundo académico y de la industria.Publication Open Access LeviPrint: contactless fabrication using full acoustic trapping of elongated parts(ACM, 2022) Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Morales González, Rafael; Andrade, Marco A.B.; Marzo Pérez, Asier; Institute of Smart Cities - ISCLeviPrint is a system for assembling objects in a contactless manner using acoustic levitation. We explore a set of optimum acoustic fields that enables full trapping in position and orientation of elongated objects such as sticks. We then evaluate the capabilities of different ultrasonic levitators to dynamically manipulate these elongated objects. The combination of novel optimization algorithms and levitators enable the manipulation of sticks, beads and droplets to fabricate complex objects. A system prototype composed of a robot arm and a levitator is tested for different fabrication processes. We highlight the reduction of cross-contamination and the capability of building on top of objects from different angles as well as inside closed spaces. We hope that this technique inspires novel fabrication techniques and that reaches fields such as microfabrication of electromechanical components or even in-vivo additive manufacturing.