共融型化学驱动微米机器人的交互作用研究

发布时间：2022-12-04 04:53

　　微纳技术是影响世界国防、政治以及经济的前沿技术之一。作为微纳技术的核心执行元件,微米机器人能够将介质环境中的光能、电能、磁能、超声能以及化学能转化成驱动自身运动的机械能。其中化学驱动微米机器人是研究最早且应用最为广泛的微米机器人之一,功能化后的化学驱动微米机器人能实现在生物医疗、靶向运输、环境修复等领域的应用。然而,单一化学驱动微米机器人不具有协作、互助以及协同作业等能力,且存在自主性差、智能化程度低、多模态环境感知能力差等不足。针对上述问题,亟需研究不同种类化学驱动微米机器人之间的交互协作、互帮互助以及协同作业的能力,提高化学驱动微米机器人的智能化程度。然而,化学驱动微米机器人的尺寸在微米范围,无法像宏观机器人一样集成传感器等宏观器件,因此研究不同种类的化学驱动微米机器人之间的交互协作将面临方向操控精度低、集成度低、交互通讯困难等挑战。针对上述问题,本文通过机械、材料、生物、物理以及化学等多学科交叉,围绕人-机-环境共融型化学驱动微米机器人,根据仿生学原理与微米机器人自身特性,通过实验研究和仿真分析相结合的方法研究化学驱动微米机器人与环境、人以及机器人之间的交互作用机理以及交互协作行... 

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 化学驱动微米机器人驱动机理的研究现状
        1.2.1 自电泳驱动机理
        1.2.2 自扩散泳驱动机理
        1.2.3 气泡驱动机理
    1.3 化学驱动微米机器人制备方法的研究现状
        1.3.1 棒状结构化学驱动微米机器人的制备方法
        1.3.2 双面球结构化学驱动微米机器人的制备方法
        1.3.3 管状结构化学驱动微米机器人的制备方法
    1.4 共融型化学驱动微米机器人交互作用研究现状
        1.4.1 化学驱动微米机器人与环境之间的交互作用
        1.4.2 化学驱动微米机器人之间的交互作用
        1.4.3 化学驱动微米机器人与人之间的交互作用
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 化学驱动微米机器人之间的协作转运研究
    2.1 引言
    2.2 化学驱动微米机器人之间协作货物转运机理
        2.2.1 货物载体PS/Pt与货物受体PS/Ni/Pt微米机器人的可控合成
        2.2.2 PS/Pt与PS/Ni/Pt微米机器人之间的货物转运机理
    2.3 货物转运前后微米机器人的运动行为研究
        2.3.1 选择性地单次货物转运
        2.3.2 连续性地多次货物转运
        2.3.3 货物直径对货物转运的影响
        2.3.4 货物载体与货物受体数量对货物转运的影响
    2.4 货物载体与货物之间作用力种类对货物转运的影响
        2.4.1 PS-Amidine/Pt与PS/Ni/Pt微米机器人之间的货物转运
        2.4.2 Au/Pt线型与PS/Ni/Pt双面球微米机器人之间的货物转运
    2.5 本章小结
第3章 化学驱动微米机器人之间的协助提速研究
    3.1 引言
    3.2 信号载体及信号受体的可控合成与形貌表征
        3.2.1 PS/Ni/Au/Ag和SiO_2/Pt微米机器人的可控合成
        3.2.2 PS/Ni/Au/Ag和SiO_2/Pt微米机器人的形貌表征
    3.3 化学驱动微米机器人之间的协助增速机理研究
        3.3.1 信号载体与信号受体微米机器人之间的欠电位沉积
        3.3.2 微米机器人进行离子信号交互机理
        3.3.3 信号载体与信号受体交互作用后的表面形貌表征
        3.3.4 信号受体SiO_2/Pt微米机器人的X射线光电子能谱分析
        3.3.5 离子信号交互时间对信号受体表面形貌的影响
    3.4 离子信号交互前后微米机器人的运动行为研究
        3.4.1 单次选择性交互协作前后微米机器人的运动行为研究
        3.4.2 多次连续性交互协作前后微米机器人的运动行为研究
        3.4.3 过氧化氢浓度对微米机器人协助增速效果的影响
        3.4.4 信号载体与线型微米机器人的协助增速研究
    3.5 本章小结
第4章 化学驱动微米机器人与环境之间的协同微图案构型研究
    4.1 引言
    4.2 PS/Ni/ZnO微米机器人的可控合成与形貌表征
        4.2.1 PS/Ni/ZnO微米机器人的可控合成
        4.2.2 PS/Ni/ZnO微米机器人的形貌表征
    4.3 微米机器人与介质环境的协同作用机理
        4.3.1 PS/Ni/ZnO微米机器人的运动机理
        4.3.2 介质环境中SiO_2微球的离散行为机理
    4.4 微米机器人与环境协同微图案构型
        4.4.1 PS/Ni/ZnO微米机器人构造的微图案宽度
        4.4.2 PS/Ni/ZnO微米机器人的构型速度
        4.4.3 PS/Ni/ZnO微米机器人的运动方向调控
        4.4.4 PS/Ni/ZnO微米机器人的信息化图案构型
    4.5 本章小结
第5章 化学驱动微米机器人与人之间的协作避障研究
    5.1 引言
    5.2 化学驱动微米机器人与人之间的交互协作系统研究
        5.2.1 人机交互协作系统设计
        5.2.2 人机交互协作系统的控制原理
    5.3 SIO_2/PT微米机器人与人之间的交互协作研究
        5.3.1 简单静态障碍物环境中基于人机交互协作的自主导航
        5.3.2 复杂静态障碍物环境中基于人机交互协作的自主导航
        5.3.3 动态障碍物环境中基于人机交互协作的自主导航
    5.4 人机交互协作系统在生物医疗领域的应用
        5.4.1 癌细胞的靶向定位原理
        5.4.2 癌细胞的体外靶向定位
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]改进人工势场法的移动机器人路径规划[J]. 于振中,闫继宏,赵杰,陈志峰,朱延河.  哈尔滨工业大学学报. 2011(01)



本文编号：3707636