[00144011]基于SEM的纳米构件操作方法研究

哈尔滨理工大学承担的哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目：“基于SEM的纳米构件操作方法研究”是针对纳米尺度对象操作特点,结合SEM视觉辅助、力觉反馈设备和虚拟现实技术,对纳米构件的操作平台和操作方法展开研究。 本项目设计了基于扫描电子显微镜（SEM）和力觉反馈主手的主从遥纳操作控制系统,将虚拟现实技术（VR技术）和触觉技术应用到纳米操作中,借助对虚拟操作力的控制使操作平台的性能和人机交互能力大大提高,并采用模糊自适应PID算法对稳定性进行改善;建立了基于Omega.3力觉反馈设备的力觉交互系统模型,微操作者实现了临场感,增强了操作者对纳米操作的感知;在VS2008开发环境下,建立虚拟纳米操作模型,将只有二维反馈图像的SEM纳米操作环境三维可视化,使操作者能够实时获取操作过程的三维图像信息;提出一种纳尺度构件操作的新方法,建立操作角度、操作点和单步位移量的最佳匹配关系,解决纳构件移动、定位及拾取的效率和成功率问题;最后,基于SEM搭建具有力觉与视觉反馈的三维可视化主从遥纳操作平台,开发集成虚拟环境与SEM视觉辅助的主控PC人机交互界面。利用该平台进行ZnO纳米线的转移实验,对所搭建的平台的性能和所研究的方法的有效性进行验证。 经过一系列实验结果表明,所搭建的操作平台在操作纳米线的过程中,探针可以稳定的推动、定位和拾取纳米线,且不破坏纳米线,虚拟环境的力反馈输出较为稳定,且虚拟环境具有较好的拟实效果。另外通过实验验证了采用闭环控制的纳米操作平台的稳定性好于未采取闭环控制的平台的稳定性。所研究的三维可视化纳米操作环境不仅为操作者提供实时的图像信息,还可以实现在对新的控制方法和算法的虚拟预测预演满意之后,控制实际平台自动进行纳米操作,在节约大量研究经费的同时大大缩短了研究周期,为实现纳米操作的全自动化奠定了基础。