微納技術是影響世界國防、政治以及經(jīng)濟的前沿技術之一。作為微納技術的核心執(zhí)行元件,微米機器人能夠將介質環(huán)境中的光能、電能、磁能、超聲能以及化學能轉化成驅動自身運動的機械能。其中化學驅動微米機器人是研究最早且應用最為廣泛的微米機器人之一,功能化后的化學驅動微米機器人能實現(xiàn)在生物醫(yī)療、靶向運輸、環(huán)境修復等領域的應用。然而,單一化學驅動微米機器人不具有協(xié)作、互助以及協(xié)同作業(yè)等能力,且存在自主性差、智能化程度低、多模態(tài)環(huán)境感知能力差等不足。針對上述問題,亟需研究不同種類化學驅動微米機器人之間的交互協(xié)作、互幫互助以及協(xié)同作業(yè)的能力,提高化學驅動微米機器人的智能化程度。然而,化學驅動微米機器人的尺寸在微米范圍,無法像宏觀機器人一樣集成傳感器等宏觀器件,因此研究不同種類的化學驅動微米機器人之間的交互協(xié)作將面臨方向操控精度低、集成度低、交互通訊困難等挑戰(zhàn)。針對上述問題,本文通過機械、材料、生物、物理以及化學等多學科交叉,圍繞人-機-環(huán)境共融型化學驅動微米機器人,根據(jù)仿生學原理與微米機器人自身特性,通過實驗研究和仿真分析相結合的方法研究化學驅動微米機器人與環(huán)境、人以及機器人之間的交互作用機理以及交互協(xié)作行... 

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 化學驅動微米機器人驅動機理的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 自電泳驅動機理
        1.2.2 自擴散泳驅動機理
        1.2.3 氣泡驅動機理
    1.3 化學驅動微米機器人制備方法的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 棒狀結構化學驅動微米機器人的制備方法
        1.3.2 雙面球結構化學驅動微米機器人的制備方法
        1.3.3 管狀結構化學驅動微米機器人的制備方法
    1.4 共融型化學驅動微米機器人交互作用研究現(xiàn)狀
        1.4.1 化學驅動微米機器人與環(huán)境之間的交互作用
        1.4.2 化學驅動微米機器人之間的交互作用
        1.4.3 化學驅動微米機器人與人之間的交互作用
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 化學驅動微米機器人之間的協(xié)作轉運研究
    2.1 引言
    2.2 化學驅動微米機器人之間協(xié)作貨物轉運機理
        2.2.1 貨物載體PS/Pt與貨物受體PS/Ni/Pt微米機器人的可控合成
        2.2.2 PS/Pt與PS/Ni/Pt微米機器人之間的貨物轉運機理
    2.3 貨物轉運前后微米機器人的運動行為研究
        2.3.1 選擇性地單次貨物轉運
        2.3.2 連續(xù)性地多次貨物轉運
        2.3.3 貨物直徑對貨物轉運的影響
        2.3.4 貨物載體與貨物受體數(shù)量對貨物轉運的影響
    2.4 貨物載體與貨物之間作用力種類對貨物轉運的影響
        2.4.1 PS-Amidine/Pt與PS/Ni/Pt微米機器人之間的貨物轉運
        2.4.2 Au/Pt線型與PS/Ni/Pt雙面球微米機器人之間的貨物轉運
    2.5 本章小結
第3章 化學驅動微米機器人之間的協(xié)助提速研究
    3.1 引言
    3.2 信號載體及信號受體的可控合成與形貌表征
        3.2.1 PS/Ni/Au/Ag和SiO_2/Pt微米機器人的可控合成
        3.2.2 PS/Ni/Au/Ag和SiO_2/Pt微米機器人的形貌表征
    3.3 化學驅動微米機器人之間的協(xié)助增速機理研究
        3.3.1 信號載體與信號受體微米機器人之間的欠電位沉積
        3.3.2 微米機器人進行離子信號交互機理
        3.3.3 信號載體與信號受體交互作用后的表面形貌表征
        3.3.4 信號受體SiO_2/Pt微米機器人的X射線光電子能譜分析
        3.3.5 離子信號交互時間對信號受體表面形貌的影響
    3.4 離子信號交互前后微米機器人的運動行為研究
        3.4.1 單次選擇性交互協(xié)作前后微米機器人的運動行為研究
        3.4.2 多次連續(xù)性交互協(xié)作前后微米機器人的運動行為研究
        3.4.3 過氧化氫濃度對微米機器人協(xié)助增速效果的影響
        3.4.4 信號載體與線型微米機器人的協(xié)助增速研究
    3.5 本章小結
第4章 化學驅動微米機器人與環(huán)境之間的協(xié)同微圖案構型研究
    4.1 引言
    4.2 PS/Ni/ZnO微米機器人的可控合成與形貌表征
        4.2.1 PS/Ni/ZnO微米機器人的可控合成
        4.2.2 PS/Ni/ZnO微米機器人的形貌表征
    4.3 微米機器人與介質環(huán)境的協(xié)同作用機理
        4.3.1 PS/Ni/ZnO微米機器人的運動機理
        4.3.2 介質環(huán)境中SiO_2微球的離散行為機理
    4.4 微米機器人與環(huán)境協(xié)同微圖案構型
        4.4.1 PS/Ni/ZnO微米機器人構造的微圖案寬度
        4.4.2 PS/Ni/ZnO微米機器人的構型速度
        4.4.3 PS/Ni/ZnO微米機器人的運動方向調(diào)控
        4.4.4 PS/Ni/ZnO微米機器人的信息化圖案構型
    4.5 本章小結
第5章 化學驅動微米機器人與人之間的協(xié)作避障研究
    5.1 引言
    5.2 化學驅動微米機器人與人之間的交互協(xié)作系統(tǒng)研究
        5.2.1 人機交互協(xié)作系統(tǒng)設計
        5.2.2 人機交互協(xié)作系統(tǒng)的控制原理
    5.3 SIO_2/PT微米機器人與人之間的交互協(xié)作研究
        5.3.1 簡單靜態(tài)障礙物環(huán)境中基于人機交互協(xié)作的自主導航
        5.3.2 復雜靜態(tài)障礙物環(huán)境中基于人機交互協(xié)作的自主導航
        5.3.3 動態(tài)障礙物環(huán)境中基于人機交互協(xié)作的自主導航
    5.4 人機交互協(xié)作系統(tǒng)在生物醫(yī)療領域的應用
        5.4.1 癌細胞的靶向定位原理
        5.4.2 癌細胞的體外靶向定位
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]改進人工勢場法的移動機器人路徑規(guī)劃[J]. 于振中,閆繼宏,趙杰,陳志峰,朱延河.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2011(01)



本文編號：3707636