[发明专利]一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统

说明书

本发明涉及微纳机器人操控平台系统，更具体的说是一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统,包括观察显微镜、多场切换模组、磁场模组、电场模组、声场模组、光场模组和热场模组，所述磁场模组、电场模组、声场模组、光场模组和热场模组在多场切换模组上进行组合搭配形成多种多物理能场，观察显微镜用于观察多物理能场对微纳机器人及集群体进行操控的轨迹，可以在声场、电场、超声场、磁场和热场为一体的多能场耦合操控系统及实验平台，实现在微纳尺度下对微纳机器人及集群体的多场精准操控的同时实时跟踪检测。

技术领域

本发明涉及微纳机器人操控平台系统，更具体的说是一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统。

背景技术

微纳机器人是一种尺寸介于微纳米尺度可将化学能、光能、电能等转化为运动动能或驱动力的功能微纳结构。作为纳米科技的前沿研究领域之一，微纳机器人具有体积小、质量轻、推重比大等特点，在传感检测、微纳制造、生物医疗等领域具有巨大的应用前景。然而，由于微纳机器人尺寸、结构等制约，运动及负载能力十分有限，可控性及作用效果差，极大地制约了微纳机器人在微纳手术及治疗、纳米传感等领域的作用效果。

自然界中，相比于单体运动，集群运动广泛存在于生物、物理、以及人造系统中，虽然集群运动的单体只具有有限的感知能力及作用效果，但整个集群体却能表现出极高的智慧性、灵活性，例如，生物集群体可完成编队、避障等复杂运动。因此，为了提高微纳机器人的运动负载能力、可控性及作用效果，迫切需要以自然界典型集群体为仿生对象，研究微纳机器人集群体的协同作用，以满足生物医疗领域复杂动态环境多任务、大负载及集体协同作业的发展需求。

微纳机器人集群行为能量来源广泛，光、声、电、化学等任何外界能源都可作为外界刺激促使机器人发生群体行为，然而目前有关集群的报道均基于单一的调控方式，双重调控仅少量几篇报道，三种或多重调控仍未有研究。在单场及双场调控的情况下，微纳机器人只能实现二维结构排列，唯像描述不具有普遍性规律，控制方法简单，极大限制了微纳机器人集群体应用范畴。相比于平面二维结构，微纳机器人三维集群体可实现对特定波长的电磁波或声波响应与调控，可在超材料及微纳传感领域具有广泛应用，同时，三维集群体可在复杂环境内进行结构重组“聚集、集结、蜂拥、编队”及实现生物体内有效避障。然而，三维集群体的实现需依托于多能场耦合的作用，因此如何采用多能场耦合方法控制微纳机器人的集群行为，以实现复杂三维构型且能实现多种构型切换，以及获得多能场参数对微纳机器人运动行为的作用机理与影响规律将是目前本领域亟待研究解决的关键问题。

基于理论及实验研究方面的需求，设备上的要求亟待满足。目前亟需弥补微纳机器人在集成平台上实现多能场操控领域的空缺，研制集合声场、电场、超声场、磁场和热场为一体的多能场耦合操控系统及实验平台，实现在微纳尺度下对微纳机器人及集群体的多场精准操控的同时实时跟踪检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统，可以在声场、电场、超声场、磁场和热场为一体的多能场耦合操控系统及实验平台，实现在微纳尺度下对微纳机器人及集群体的多场精准操控的同时实时跟踪检测。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统，包括观察显微镜、多场切换模组、磁场模组、电场模组、声场模组、光场模组和热场模组，所述磁场模组、电场模组、声场模组、光场模组和热场模组在多场切换模组上进行组合搭配形成多种多物理能场，观察显微镜用于观察多物理能场对微纳机器人及集群体进行操控的轨迹。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种多物理能场耦合作用下微纳机器人操控平台系统，所述磁场模组安装在多场切换模组上，磁场模组内设置有电场模组，电场模组内放置有声场模组，热场模组设置在多场切换模组上，热场模组位于磁场模组的下方，观察显微镜观察声场模组内放置的微纳机器人及集群体的轨迹。