中科院研制成功纳米微操作机器人

    近日，一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了由国家“863”自动化领域智能机器人主题组织的验收。

    纳米技术是21世纪科技发展主导技术，它的出现与发展正在给人类社会带来一场新的工业革命。可以说谁掌握了纳米技术，谁就占领了21世纪科技发展的制高点，因此各发达国家都在大量投入，开展纳米技术研究。

    一纳米(1 nm)是10-9米，大约等于十个氩原子并列成一条直线的长度。在纳米尺度上的操作，通常被叫做纳米微操作，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。1989年，IBM的科学家利用扫描式隧道显微镜(STM)，操作35个氙原子在镍金属表面拼出I-B-M三个字母，成为轰动世界的新闻，开了纳米微操作先河。原子力显微镜(AFM)是一种扫描探针显微镜(SPM)，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。

    在项目验收过程中，课题组做了机器人微操作演示：在一块硅基片上，操作人员操纵机器人在1×2 μm的区域上清晰的刻出 “SIA”三个英文字母；另一个演示显示，在一个5×5μm的硅基片上，操作者将一个4μm 长、100 nm粗细的碳纳米管准确的移动到一个刻好的沟槽里。在整个操作过程中，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。

    该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。

    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。

信息来源：中国科技信息

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