第４５卷第６期２００９年６月
机械工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．４５ＮＯ．６
Ｊｕｎ．２００９
ＤＯＩ：１０．３９０１／ＪＭＥ．２００９．０６．０１４
基于ＡＦＭ的机器人化纳米操作系统综述木
田孝军１王越超１董再励１席宁２
（１．中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳１１００１６；
２．美国密西根州立大学电子与计算机工程系东兰辛Ｍ１４８８２４美国）
摘要：对基于扫描隧道显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）及原子力显微镜（Ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＡＦＭ）Ｉ拘纳米操作技术发展进行阐述，针对其中存在的主要问题，引述出机器人化纳米操作的必要性。接着，对国内外机器人化纳米操作系统的研究进展、现状及存在的主要问题进行详细分析，提出基于ＡＦＭ的机器人化纳米操作系统的结构原型，并指出实现机器人化纳米操作所需解决的关键技术问题及相应的解决方案之一，为进行深入的机器人化纳米操作研究提供了可以借鉴的研究方向。
关键词：纳米操作原子力显微镜机器人化探针定位信息反馈
中图分类号：ＴＰ２４ＴＨ７４２
ＲｅｖｉｅｗｏｆＡＦＭＢａｓｅｄＩｈｂｏｔｉｃＮａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ
ＴＩＡＮＸｉａｏｊｕｎｌＷＡＮＧＹｕｅｃｈａ０１ＤＯＮＧＺａｉｌｉｌＸＩＮｉｎ９２
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓ，ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭｉｃｈｉｇａｎＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
ＥａｓｔＬａｎｓｉｎｇＭ１４８８２４，ＵＳＡ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｒａｎｄａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ）ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｒｏｂｏｔｉｃｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｔａｔｅａｎｄｍａｉｎｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｒｏｂｏｔｉｃｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｗｈｉｃｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅ
ｏｆＡＦＭｂａｓｅｄｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｒｅａｌｉｚｍｇｒｏｂｏｔｉｚｅｄｎａｎｏｍａｎｐｕｌａｔｉｏｎｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｖａｌｕａｂｌｅｉｄｅａｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｏｎｒｏｂｏｔｉｃｎａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮａｎｏｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎＡｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅＲｏｂｏｔｉｚａｔｉｏｎＰｒｏｂｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋ
０前言
自２０世纪８０年代ＢＩＮＮＩＧ等ｌ】－２Ｊ发明扫描隧道显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）及原子力显微镜（Ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＡＦＭ）等扫描探针显微镜以后，纳米科技研究得到了飞速的发展。纳米科技的最终目的之一是能够从纳米尺度、甚至分子与原子水平上制造功能器件或系统，纳米操作（与装配）作为纳米制造的关键环节，在电子、信息、生
?国家自然科学基金重点资助项１ｊ（６０６３５０４０）。２００８０９１２收到初稿２００９０２２７收到修改稿物医学／仿生学等领域具有重要的科研意义和价值。
（１）纳电子／纳机电器件研究。在纳电子及纳机电器件研究方面，研究人员已经研制出一些纳电子原型器件，如单电子晶体管［３Ｊ、纳米场效应晶体管［４１、纳米化学成分传感器【５Ｊ等；另外，有学者还研制出了各种纳机电原型器件，如纳米旋转驱动器［６】、纳机电震荡器［『７１、纳米镊［８１等。上述纳米原型器件不仅在尺度上远小于常规器件，而且在～些关键性能指标方面也远超出常规器件，它们的研制成功将会进一步加快各种纳米器件或系统的研制步伐。在上述研究中，需要解决纳米微粒的精确操作与装配这一关键技术，基于ＡＦＭ的纳米操作技术可用于进行纳米微粒的精确操作与装配【３Ｊ。
万方数据