用于生物芯片制备的点样机器人系统

本文设计了一种接触法点样机器人系统，实现了低成本、高精度、高速度、大通量 的生物芯片制备过程的自动化．结合生物芯片制备过程的特点，提出了系统设计准则，研究 了系统的一些关键技术问题，并初步探讨了液体样品的分配机理．最后给出了实验结果．     

后基因组时代的微阵列生物芯片技术

生物芯片是近十年来迅速发展起来的一种高通量生物信息检测和分析器件.微阵列生物芯片是一类发展较早、技术比较成熟、应用面较广的生物芯片,目前主要用于基因表达谱、基因突变和基因组多态性研究.随着现代生命科学和现代医学的快速发展,生物芯片的性能将会不断提高,应用范围不断扩大,芯片技术也将不断完善和发展.论文将围绕功能基因组研究及生物医学检测的实际需求,结合该实验室的研究工作,对于微阵列芯片的研究现状、面临的技术瓶颈以及未来可能的发展方向等进行讨论.     

微操作机器人的研究现状与发展趋势

随着科学技术向微小、超精密领域的方向发展，机器人所要操作的对象也从宏观领域扩展到亚微米、纳米级的微观领域．因此，由微定位技术与机器人技术结合而产生的微操作机器人是机器人领域的新的研究方向，具有广阔的应用前景．本文总结了国内外微操作机器人领域的发展现状，介绍了微操作机器人的结构特点，列举了其部分的应用实例，在文章的最后展望了微操作机器人的发展趋势．     

水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理

仿生机器鱼技术是近年来水下机器人领域研究的热点之一，它为研制高效、高机动性 和低噪声的水下运载器提供了新的思路．本文以鱼的脊椎曲线为研究对象，提出了一种新的 鱼类推进机理——波动推进，分析了波动推进过程中的运动阻力．通过鱼类游动观测实验和 仿生机器鳗鱼的研制，验证了该理论的有效性．     

多智能体足球机器人系统的模型与层次

机器人足球是集成视觉技术、通讯技术、伺服控制技术、决策对象等多种技术的综合系统，是当前人工智能和机器人领域的研究热点之一。基于机器人足球理论基础的论述，分析了当前足球机器人系统的三种控制方式；按照智能程度的高低，研究了从动作层到决策层的功能，为系统实现构建了完整的层次框架。     

仿真环境下的机器人足球决策系统

机器人足球系统是一类典型的多移动机器人合作的对抗系统．具有实时性要求高、环境高度动态、存在不可预测状态等特点．机器人足球系统是人工智能和智能控制领域的探究热点之一。主要研究在仿真环境下基于三层控制决策模型的机器人足球决策系统．为单个或多个足球机器人分配任务和执行任务。使机器人决策系统具有较好的应激性和协调性,实现有效攻防．探讨多智能机器人实时合作与对抗问题、以求验证和发展人工智能的有关理论和技术。     

面向任务的虚拟环境和人机交互方法研究

基于虚拟现实技术的人机交互方法为面向任务的机器人远程作业研究提供了新的思 想和思路，增强了机器人系统的遥控作业能力．本文对机器人系统中虚拟环境和人机交互方 法研究进行了综述，对虚拟环境中的示教和遥操作进行了评析，并探讨了未来遥操作机器人 系统作业的发展趋势．     

竞争型遥操作机器人系统的研究

针对军事、反恐等领域遥操作机器人特点,首次系统地提出竞争型机器人遥操作系统的概念,并将其与传统协作型机器人遥操作系统进行比较分析,从而得出竞争型机器人遥操作系统的研究重点和特点．在此基础上,构建了一个基于网络的竞争型机器人对弈系统,为今后该方向的研究提供了新的思路．     

足球机器人的研究与发展

足球机器人与机器人足球是近几年在国际上发展起来的高技术对抗性活动．机器人足球比赛是一个有趣并且复杂的新兴的人工智能研究领域，它融合了实时视觉系统、机器人控制、无线通讯、多机器人控制等多个领域的技术。随着信息技术的飞速发展，多机器人的应用需求不断的增加，多主体动态不可预测环境中的问题求解已经成为信息一自动化领域基础研究和应用研究的重大挑战性课题。而机器人足球为此提供了一个典型的应用和测试平台．     

拟人机器人视觉系统的硬件结构设计

拟人机器人是当前机器人研究领域中最新的研究方向,机器人视觉系统是其智能化最重要的标志之一。文章介绍了清华大学“985”重点科研项目“拟人机器人技术和应用系统”研究开发的拟人机器人TBIPR—I视觉系统的硬件结构组成和设计原理。     

珀尔贴制热技术在生物芯片血液蛋白自动检测仪中的应用

介绍了一种用于生物芯片血液蛋白自动检测仪的珀尔贴智能温控系统.该系统使用工控机作为控制平台,采用自整定PID控制算法,调节输出PWM波的占空比来控制珀尔贴制热器的输出功率实现生物芯片血液蛋白自动检测过程中的恒温控制.实验结果表明系统控制精度较高,能够满足应用要求.     

Air-Flow-Based Single-Cell Dispensing System

We discuss a design and fabrication approach to increase the success rate of single-cell dispensing. Two pairs of capacitance sensors are placed in a biochip to detect the flow velocity of cells and air pressure is applied to eject cells by synchronizing the timing. A comprehensive design theory, which takes into account the back-pressure caused by the air pressure, the response time of the system, the sensor properties and the delay of the dispensing from the air pressure, is developed in order to minimize the disturbance of the system and maximize the throughput of the ejection system. Then, the system theoretically has a capability to eject 3 cells/s and the maximum flow velocity is 10 mm/s. The novelty of the system is that the biochip is disposable, which is unlike the conventional mechanical inkjet system; because the biochip is low cost and disposable this prevents contamination and means the drive system is reusable. Finally, we succeeded in automatic dispensing of a single polystyrene bead (100 μm) from a biochip to a culture well atmosphere using the developed cell ejection system with a success rate of 50%. Furthermore, we also succeeded in single swine oocyte dispensing by using the developed system.     

嵌入式生物芯片检测分析系统设计*

提出一种嵌入式生物芯片检测分析系统设计方法。根据样点、噪声和背景特征的关系提出适合嵌入式系统的软件算法,并设计出通过CCD采集芯片图像、DSP进行图像信息处理的生物芯片检测分析系统硬件。多种生物芯片实验结果表明系统操作简便,可以稳定地对生物芯片进行自动的检测分析,对目前生物芯片检测分析系统的自动性和集成性方面有很大的提升。     

Development of an integrated CMOS DNA detection biochip

This paper presents a CMOS DNA detection biochip using an electrical detection method with self-assembly multilayer gold nanoparticles (AuNPs). Each measuring spot of this biochip consists of three major parts; a pair of electrodes with a nanogap, a current amplifier circuit, and a heater with an embedded temperature sensor. The biochip is first fabricated by a TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd.) 0.35 μm 2P4M standard CMOS process. Then, post-CMOS micromachining etch processes are used to expose the surface of the nanogap to test samples for the establishment of multilayer AuNPs through hybridization between single strand DNAs in the samples. The gap distance between a pair of electrodes is 350 nm. Before taking DNA detection measurements, self-assembly monolayer AuNPs is established on the nanogap surface between two microelectrodes. Multilayer AuNPs can be observed if hybridization between single strand DNAs occurs. An approximately 1000-fold increase in electric current between the multilayer AuNPs over the monolayer AuNPs serves an indication of the presence of target DNA in test samples. After integrating the electrodes with an embedded current amplifier, the electric current of multilayer AuNPs is amplified to the order of mA that can be easily measured by a commercial Volt-Ohm-Milliammeter. The heating system with a heating element and a temperature sensor can be used to distinguish single base-pair mismatch hybridization from complementary hybridization for the establishment of multilayer AuNPs. The lowest detectable concentration of target DNA on this biochip is 0.1 nM.     

一个装配机器人离线编程系统的设计与实现

机器人离线编程系统是机器人应用开发的有效工具。本文给出一个智能装配机器人离线编程系统ＡＲＰＳ。该系统提供了一个良好的机器人程序开发和调试环境。用户可采用交互方式建立机器人及环境模型，用操作手级的机器人语言ＡＲＬ描述机器人作业，通过图形仿真调控机器人程序，目标程序与数据通过串行口下装到机器人控制器。     

MEDA芯片菊花链的自动容错设计

微点阵生物芯片MEDA biochip将微电子和微流体结合,是最近出现的一种新型数字微流控芯片,它基于微点阵思想,每个微点阵单元都包含驱动电路和检测电路,从而实现对生化实验的实时监测。为减少外部引脚,MEDA芯片的所有微单元由菊花链串联,以实现对芯片的准确控制。作为MEDA芯片的关键数据通路,菊花链上即使只有一个单元发生故障,也会导致整条链失效,因此必须对菊花链进行有效的容错设计。为MEDA芯片设计了具有自测试和容错功能的菊花链结构,该结构由测试响应触发菊花链故障单元的自动容错。当菊花链的某个单元出现故障时,其测试响应产生异常,从而触发故障单元的自动修复,若修复失败,则异常的测试响应会再次触发该单元的旁路,从而实现自动容错。实验结果表明,该结构可以在测试和诊断故障的同时进行有效的容错,并在容错失败时将其永久旁路。     

Development of a micro biochip integrated traveling wave micropumps and surface plasmon resonance imaging sensors

Since most of miniaturized surface plasmon resonance (SPR) sensing systems need commercially available peristaltic or syringe pumps, it is difficult to reduce the system size, biosample volume, and the production cost. In this paper, a compact biochip for clinical diagnosis is presented. The proposed biochip is integrated traveling wave micropumps and SPR imaging sensors on one chip. The micropump is composed of flexible microchannel and piezoelectric bimorph actuator array, and achieved the maximum flow rate 336 μl/min. The SPR imaging biosensor can quantitatively measure biosamples with multi microchannels, i.e. one biosample and two reference flows to obtain an analytical curve. The SPR imaging measurements with bovine serum albumin solutions were carried out using the prototype of the proposed diagnostic system composed of a pair of the micropump and the sensor. Since the clear SPR signal curve was observed, it was confirmed that the proposed system can be applicable to the clinical diagnosis.     

开放式三自由度全方位移动机器人实验平台

随着机器人应用的不断发展，移动机器人逐渐成为一个十分活跃的分支，尤其是移 动机器人作为自主智能控制的实验平台，对其控制系统的开放性提出了越来越高的要求．本 文就我们自行设计的面向用户的移动机器人硬件系统和相应的软件平台框架做一下较全面的 介绍，并着重分析软件控制系统的开放性．本系统作为开放的实验平台和教学机器人是适宜 的．     

生物芯片荧光图像样点自动定位的实现

生物芯片在微小的基片上集成了成千上万个样点，每个样点对应一个基因或生物信息。因此，生物芯片图像分析的自动化在生物芯片软件系统中显得尤为重要．而生物芯片样点自动定位是实现生物芯片图像分析自动化的关键一步。本文提出并实现了一种生物芯片荧光图像样点自动定位的算法。运行结果表明，对于样点像素值明显比背景像素值大的样点，样点检测率可以达到95％以上，而且荧光图像的倾斜、荧光图像中大的污染块并不影响本程序的样点检测率。