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近日，一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統(tǒng)樣機由中國科學院沈陽自動化所研制成功，并通過了由國家“863”自動化領域智能機器人主題組織的驗收。
納米技術(shù)是21世紀科技發(fā)展主導技術(shù)，它的出現(xiàn)與發(fā)展正在給人類社會帶來一場新的工業(yè)革命。可以說誰掌握了納米技術(shù)，誰就占領了21世紀科技發(fā)展的制高點，因此各發(fā)達國家都在大量投入，開展納米技術(shù)研究。
一納米(1 nm)是10-9米，大約等于十個氬原子并列成一條直線的長度。在納米尺度上的操作，通常被叫做納米微操作，是納米技術(shù)的重要內(nèi)容，其目的是在納米尺度上按人的意愿對納米材料實現(xiàn)移動、整形、刻畫以及裝配等工作。納米微操作始于上世紀80年代，電子顯微鏡的發(fā)明，使得科學家能夠探索原子世界的奧秘，開展微操作研究。1989年，IBM的科學家利用掃描式隧道顯微鏡(STM)，操作35個氙原子在鎳金屬表面拼出I-B-M三個字母，成為轟動世界的新聞，開了納米微操作先河。原子力顯微鏡(AFM)是一種掃描探針顯微鏡(SPM)，沈陽自動化所研制的微操作機器人系統(tǒng)，就是將AFM與機器人控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對納米材料的操作。
在項目驗收過程中，課題組做了機器人微操作演示：在一塊硅基片上，操作人員操縱機器人在1×2 μm的區(qū)域上清晰的刻出 “SIA”三個英文字母；另一個演示顯示，在一個5×5μm的硅基片上，操作者將一個4μm 長、100 nm粗細的碳納米管準確的移動到一個刻好的溝槽里。在整個操作過程中，操作者可以感覺到推納米物體過程中的力，看到被推的納米物體在移動。
該機器人系統(tǒng)在納米尺度下的系統(tǒng)建模方法、三維納觀力獲取與感知及誤差分析與補償方面有很多突破與創(chuàng)新，達到世界先進水平。在項目研究中，科研人員實現(xiàn)了SPM納米掃描運動機理和機器人監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合；建立了納米尺度下的物體運動學與動力學分析與模型，探針三維受力形變分析與解耦方法；實現(xiàn)了傳感器信息實時采集與處理、力/視覺反饋與人機交互控制、基于人工/自然標志的位置反饋控制方法等一系列關鍵技術(shù)，使機器人的操作控制精度達到納米級。測試顯示，在刻畫操作中，在512像素區(qū)，重復定位誤差小于5個像素，精度達1%以上；在移動納米碳管的操作中，重復定位精度達到30 nm；而在基于路標的定位測試中，其定位誤差小于4 nm。
據(jù)介紹，該機器人在納米尺度的可觀測、可控操作能力可以廣泛適用于納米材料的力、電、化學特性科學實驗研究、生物工程與醫(yī)學實驗研究、微納米科研教學等領域，在IC工業(yè)中納米器件的裝配與加工方面更是有良好的應用前景。
信息來源：中國科技信息
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號