我国研制成功纳米微操作机器人原子力显微镜

     中国人也有可能直接操作原子了——这不是梦想，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×2 μm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。