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我国研制成纳米微操作机器人样机
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科学人 网站
2005-04-13
本报沈阳4月10日讯
科学院沈阳自动化所研制成功，并于近日通过了由国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。
据介绍，纳米微操作是纳米技术的重要内容，其目的是在纳米尺度上按人的意愿对纳米材料实现移动、整形、刻画以及装配等工作。纳米微操作始于上世纪80年代，电子显微镜的发明，使得科学家能够探索原子世界的奥秘，开展微操作研究。原子力显微镜（AFM）是一种扫描探针显微镜（SPM），中国科学院沈阳自动化所研制的微操作机器人系统，就是将AFM与机器人控制技术相结合，实现对纳米材料的操作。
在中国科学院沈阳自动化所，记者通过计算机屏幕看到，在一块硅基片上，操作人员操纵机器人在1μm×2μm的区域上清晰地刻出“SIA”三个英文字母，这是沈阳自动化所的缩写；另一个演示显示，在一个5μm×5μm的硅基片上，操作者将一个4μm
长、100 nm粗细的碳纳米管准确地移动到一个刻好的沟槽里。
研究人员介绍，这台机器人系统在纳米尺度下的系统建模方法、三维纳观力获取与感知及误差分析与补偿方面有很多突破与创新，达到世界先进水平。在项目研究中，科研人员实现了SPM纳米扫描运动机理和机器人监控系统技术的结合；建立了纳米尺度下的物体运动学与动力学分析与模型，探针三维受力形变分析与解耦方法；实现了传感器信息实时采集与处理、力/视觉反馈与人机交互控制、基于人工/自然标志的位置反馈控制方法等一系列关键技术，使机器人的操作控制精度达到纳米级。测试显示，在刻画操作中，在512像素区，重复定位误差小于5个像素，精度达1%以上；在移动纳米碳管的操作中，重复定位精度达到30
nm；而在基于路标的定位测试中，其定位误差小于4 nm。
最令人惊奇的是，在操作这台机器人过程中，操作者可以感受到实时的视觉变化和力的变化。也就是说，操作者可以感觉到推纳米物体过程中的力，看到被推的纳米物体在移动。据介绍，该机器人在纳米尺度的可观测、可控操作能力，可以广泛适用于纳米材料的力、电、化学特性科学实验研究、生物工程与医学实验研究、微纳米科研教学等领域，在IC工业中纳米器件的装配与加工方面更是有良好的应用前景。
[科学时报]
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