触控式光诱导介电泳操控方法研究

对光诱导介电泳(ODEP)这项微纳米操控技术进行了研究,指出现有ODEP操作存在操作界面与观察界面分离,导致操作者在这两个界面中的动作往往不同步,从而影响了ODEP操作的直观性和效率。针对这一问题,提出了一种触控式光诱导介电泳方法,并设计了包括结构光投影模块、视频监控模块、运动控制模块的一体化触控操作界面,操作者在同一个触控操作界面下不仅可对样本进行观察,而且可以以触控方式直接对观察的样本进行ODEP操作。该操作方式提高了ODEP操作的直观性和效率,为ODEP微纳操作提供了一种新的操作方式。     

毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究

为模拟机器人在人体环境中的3D运动及微操作,提出了毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中保持水平姿态实现3D运动及执行微操作的方法．首先,设计并加工了潜艇形机器人以及4线圈磁驱动系统,通过COMSOL软件对磁场系统进行了有限元仿真．然后,对机器人在低雷诺数液体环境中的受力情况进行了分析,建立了机器人运动模型并研究了其多种运动模式．机器人在低雷诺数液体中可以保持水平姿态沿设定路线运动,包括垂直上升、对角上升、直角运动、螺旋上升等3D运动,最大运动速度为1.2 mm/s．通过设计的无线能量传输系统将电能引入到小尺度空间,机器人可通过无线电能驱动其前端的夹持器执行夹取、搬运、释放等微操作．     

微纳米机器人的最新研究进展综述

对2017～2021年微纳米机器人（尺寸介于1nm～1mm之间）的最新研究进展进行了综述。首先从物理驱动、化学驱动、生物驱动和混合驱动4个角度对微纳米机器人在微纳米操作、集群控制、靶向治疗等方面的最新研究成果进行总结。然后从制备、定位和成像、功能化、集群等方面分析了微纳米机器人应用中面临的挑战。最后对微纳米机器人的研究...     

基于纳米运动平台的原子力显微镜开发

采用一种无耦合、三轴精确定位的纳米运动平台作为扫描器,研制了一种新型原子力显微镜(AFM).该AFM有效消除了通常使用的单管式压电陶瓷扫描器扫描过程中运动耦合产生的两种结构误差--交叉耦合误差和扫描范围误差,极大提高了纳米测量及操作的精度.     

具有三维力反馈的原子力显微镜纳米操作系统

在基于原子力显微镜的纳米操作过程中，由于缺乏实时反馈信息，造成纳米操作效率低下且灵活性差，同时探针因受力过大而损坏。为此，本文通过对探针受力-悬臂变形进行建模，并根据实时检测到的悬臂变形信号、新的参数获取与校准方法，从而获取探针所受的实时三维纳米力。将此三力经比例放大后送人力／触觉设备进行感知，操作者就可以实时调节施加在探针上力的大小及探针的运动轨迹，使得操作的效率及灵活性明显提高，且可以避免探针因受力过大而造成损坏。纳米刻画和多壁碳纳米管的操作实验验证了系统的有效性。     

具有超媒体人机接口的纳米操作系统

当利用AFM作为纳米操作工具时,由于其缺乏实时的传感器信息反馈,操作完全在盲目的状态下进行,而使纳米操作难于进行.超媒体接口可以解决这个问题,在纳米操作过程中,超媒体接口不但可以为操作者提供实时动态更新的视觉反馈,还可以为操作者提供实时的三维力反馈,与此同时操作者还可以通过该接口直接控制探针的三维运动,实现人机交互式的纳米操作.纳米刻画以及多壁碳纳米管的推动实验验证了系统的效率和有效性.     

具有实时视觉/触觉反馈的纳米操作系统

由于缺乏实时的传感器信息反馈,导致传统的基于原子力显微镜的纳米操作盲目,操作效率和成功率都非常低.为了克服这一问题,设计和实现了一种具有实时视觉和三维触觉反馈的纳米操作系统.当利用该系统进行纳米操作时,操作者不但可以实时感受到探针与被操作物体间的相互作用力,还可以在3D增强现实图像界面中观察到纳米操作场景的变化,并可以在线控制探针的三维运动.这种交互式的操作系统使得纳米操作变得容易可行.纳米刻画实验和多壁碳纳米管的推动实验验证了该系统的有效性和高效率.     

具有超媒体人机接口的纳米操作系统

当利用AFM作为纳米操作工具时,由于其缺乏实时的传感器信息反馈,操作完全在盲目的状态下进行,而使纳米操作难于进行.超媒体接口可以解决这个问题,在纳米操作过程中,超媒体接口不但可以为操作者提供实时动态更新的视觉反馈,还可以为操作者提供实时的三维力反馈,与此同时操作者还可以通过该接口直接控制探针的三维运动,实现人机交互式的纳米操作.纳米刻画以及多壁碳纳米管的推动实验验证了系统的效率和有效性.     

具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统

提出了交互式纳米操作的实现方法，搭建了一个具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统．操作者通过该系统不仅可以实时感受到作用在原子力显微镜（AFM）探针上的力，而且可以实时观察到纳米环境在AFM操作下的变化过程，使得对微观世界的纳米操作如同在宏观世界搬运物体一样直观、灵活．实验结果证实了本系统的高效性及先进性．     

基于SPM的超媒体人机接口

当利用扫描隧道显微镜(SPM)作为一种纳米操作工具时，由于其缺乏实时的传感器信息反馈，而大大阻碍了它的广泛应用．利用超媒体人机交互接口可以解决这个问题．在纳米操作过程中，超媒体接口不但可以为操作者提供可实时更新的仿真操作场景，还可以通过力反馈手柄让操作者实时地感受到探针受到的三维纳米操作力．除此之外，操作者还可以通过该手柄直接控制探针的三维运动．最后在聚碳酸酯上进行了超媒体人机接口的纳米刻画实验．实验结果验证了该系统的有效性和效率．