近日，一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統樣機由中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制成功，并通過(guò)了由國家“863”自動(dòng)化領(lǐng)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)，它的出現與發(fā)展正在給人類(lèi)社會(huì )帶來(lái)一場(chǎng)新的工業(yè)革命?？梢哉f(shuō)誰(shuí)掌握了納米技術(shù)，誰(shuí)就占領(lǐng)了21世紀科技發(fā)展的制高點(diǎn)，因此各發(fā)達國家都在大量投入，開(kāi)展納米技術(shù)研究。

    一納米(1 nm)是10-9米，大約等于十個(gè)氬原子并列成一條直線(xiàn)的長(cháng)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)的重要內容，其目的是在納米尺度上按人的意愿對納米材料實(shí)現移動(dòng)、整形、刻畫(huà)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(xué)家能夠探索原子世界的奧秘，開(kāi)展微操作研究。1989年，IBM的科學(xué)家利用掃描式隧道顯微鏡(STM)，操作35個(gè)氙原子在鎳金屬表面拼出I-B-M三個(gè)字母，成為轟動(dòng)世界的新聞，開(kāi)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(yáng)自動(dòng)化所研制的微操作機器人系統，就是將AFM與機器人控制技術(shù)相結合，實(shí)現對納米材料的操作。

    在項目驗收過(guò)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的區域上清晰的刻出 “SIA”三個(gè)英文字母；另一個(gè)演示顯示，在一個(gè)5×5μm的硅基片上，操作者將一個(gè)4μm 長(cháng)、100 nm粗細的碳納米管準確的移動(dòng)到一個(gè)刻好的溝槽里。在整個(gè)操作過(guò)程中，操作者可以感覺(jué)到推納米物體過(guò)程中的力，看到被推的納米物體在移動(dòng)。

    該機器人系統在納米尺度下的系統建模方法、三維納觀(guān)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(jìn)水平。在項目研究中，科研人員實(shí)現了SPM納米掃描運動(dòng)機理和機器人監控系統技術(shù)的結合；建立了納米尺度下的物體運動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析與模型，探針三維受力形變分析與解耦方法；實(shí)現了傳感器信息實(shí)時(shí)采集與處理、力/視覺(jué)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(guān)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(huà)操作中，在512像素區，重復定位誤差小于5個(gè)像素，精度達1%以上；在移動(dòng)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。

    據介紹，該機器人在納米尺度的可觀(guān)測、可控操作能力可以廣泛適用于納米材料的力、電、化學(xué)特性科學(xué)實(shí)驗研究、生物工程與醫學(xué)實(shí)驗研究、微納米科研教學(xué)等領(lǐng)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(lái)源：中國科技信息