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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。
納米技術是21世紀科技發展主導技術，它的出現與發展正在給人類社會帶來一場新的工業革命。可以說誰掌握了納米技術，誰就占領了21世紀科技發展的制高點，因此各發達國家都在大量投入，開展納米技術研究。
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現移動、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，就是將AFM與機器人控制技術相結合，實現對納米材料的操作。
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。
該機器人系統在納米尺度下的系統建模方法、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新，達到世界先進水平。在項目研究中，科研人員實現了SPM納米掃描運動機理和機器人監控系統技術的結合；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，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，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、生物工程與醫學實驗研究、微納米科研教學等領域，在IC工業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