本書詳細介紹微納米機器人的設(shè)計、加工以及驅(qū)動控制系統(tǒng)。全書共分為8章,前3章主要針對微納米機器人研究方向的基礎(chǔ)知識、相關(guān)技術(shù)、設(shè)計原則行介紹,并對實際應(yīng)用中遇到的問題及其解決方行概要性闡述;第4章介紹典型微型機器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、主要技術(shù)等,同時選取以膠囊機器為模板的微型機器行詳細而系統(tǒng)的介紹。第5~7章主要介紹幾大典型的場驅(qū)動的微納米機器人系統(tǒng)。書中側(cè)重于幾大物理場驅(qū)動方式括磁場(永磁、電磁、梯度場、勻強場)、光場(光鑷、光電鑷)、聲場(表面波、體波)等物理場非接觸驅(qū)動方式,并詳細闡述從基礎(chǔ)理論到微型機器人的設(shè)計加工方法以及典型應(yīng)用。后,基于典型物理場驅(qū)動方式,在第8章集中介紹活性生物材料基的微納米機器人在醫(yī)學領(lǐng)域的研究內(nèi)容。
本書層次清晰,內(nèi)容精煉,詳細敘述了微納米機器人設(shè)計中應(yīng)用到的科學知識,書中給出的典型案例涉及多學科(如機械、電子、自動化、生物、物理、化學等多個學科)的交叉融合,適合于機械工程、微機電系統(tǒng)、生物醫(yī)學工程以及機器人領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的高等院校本科生以及研究生作為教材使用。
第1章 緒 論 1
1.1 微納米機器人系統(tǒng)概述 2
1.1.1 微納米技術(shù)概述 2
1.1.2 微納米機器人系統(tǒng)概述 5
1.2 微納米機器人操控系統(tǒng)相關(guān)研究 7
1.2.1 顯微操作 7
1.2.2 電子顯微鏡內(nèi)的微納米操作 8
1.3 微納米機器人系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 8
1.3.1 醫(yī)學領(lǐng)域 8
1.3.2 能源、軍事、環(huán)境等領(lǐng)域 10
1.4 課后12
參考文獻 12
第2章 微納米機器人相關(guān)基礎(chǔ)知識 16
2.1 微納尺度的機械力學 16
2.2 微納尺度電子學 17
2.2.1 靜電力 17
2.2.2 介電力(介電泳) 17
2.2.3 電泳力 18
2.2.4 光致介電泳 18
2.3 微納尺度的流體力學 19
2.3.1 布朗運動 19
2.3.2 擴散現(xiàn)象 19
2.3.3 雷諾數(shù) 19
2.3.4 斯托克斯流 20
2.3.5 毛細現(xiàn)象 20
2.4 課后__________20
參考文獻 21
第3章 微納米機器人系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 22
3.1 微觀納米尺度的材料科學 22
3.1.1 接觸角理論模型 22
3.1.2 親水性材料 23
3.1.3 疏水性材料 23
3.2 微觀納米尺度的顯微鏡科學 25
3.2.1 光學顯微鏡 27
3.2.2 電子顯微鏡 28
3.2.3 掃描探針顯微鏡 29
3.3 微型納米尺度的制造技術(shù) 33
3.3.1 光刻技術(shù) 33
3.3.2 3D打印技術(shù) 33
3.3.3 微流體芯片加工制造技術(shù) 36
3.3.4 自組裝技術(shù) 37
3.4 微納米尺度中驅(qū)動技術(shù) 38
3.5 課后42
參考文獻 42
第4章 膠囊機器人 46
4.1 背 景 46
4.2 市場的商業(yè)膠囊機器人 47
4.2.1 膠囊機器人使用環(huán)境特性 47
4.2.2 典型膠囊機器人產(chǎn)品 47
4.3 無線通信原理 49
4.3.1 無線頻譜 49
4.3.2 傳輸 50
4.3.3 無線傳輸特性 50
4.3.4 無線傳輸路徑 51
4.3.5 無線傳輸技術(shù) 52
4.4 膠囊機器人系統(tǒng)組成 53
4.4.1 運動系統(tǒng) 53
4.4.2 圖像采集系統(tǒng) 57
4.4.3 無線圖像傳輸系統(tǒng) 58
4.4.4 診斷和的工具系統(tǒng) 60
4.4.5 能源供應(yīng)系統(tǒng) 62
4.4.6 定位系統(tǒng) 62
4.5 微型生物機器人 62
4.5.1 微型生物機器人概述 63
4.5.2 神經(jīng)電刺激原理 63
4.5.3 無線遙測技術(shù) 65
4.5.4 昆蟲機器人 66
4.5.5 拓展應(yīng)用 72
4.6 小 結(jié) 77
4.7 課后78
參考文獻 79
第5章 磁場驅(qū)動的微納米機器人系統(tǒng) 85
5.1 磁場的基本概念和原理 85
5.1.1 磁性和磁化 85
5.1.2 磁場的發(fā)生和驅(qū)動原理 86
5.1.3 磁性執(zhí)行器實例分析 88
5.2 永磁體作為驅(qū)動源的磁執(zhí)行器系統(tǒng) 90
5.2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的微流控芯片環(huán)境 91
5.2.2 以生物細胞/組織為操作目標的磁執(zhí)行器 99
5.2.3 以人體器官為操作目標的永磁執(zhí)行器 101
5.3 電磁線圈作為驅(qū)動源的磁執(zhí)行器系04
5.3.1 電磁系統(tǒng)搭建 105
5.3.2 梯度場驅(qū)動 107
5.3.3 振蕩磁場驅(qū)動 108
5.3.4 旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動 111
5.3.5 機器人集群運動 114
5.4 課后 116
參考文獻 116
第6章 光場驅(qū)動微操作系24
6.1 光 鑷 124
6.1.1 基本概念及原理 124
6.1.2 光鑷發(fā)展及分類 128
6.1.3 典型應(yīng)用案例 128
6.2 光電鑷 134
6.2.1 基本概念和原理 u8230 \\'3134
6.2.2 光電鑷發(fā)展 138
6.2.3 典型應(yīng)用案例 140
6.3 課后 145
參考文獻 145
第7章 聲波驅(qū)動微納米機器人系50
7.1 聲學及流體力學基本概念和原理 150
7.1.1 聲學基本理論 150
7.1.2 流體力學基本理論 155
7.1.3 聲流理論 159
7.1.4 聲輻射力 160
7.2 聲波驅(qū)動微納米機器人系統(tǒng)案例 162
7.2.1 基于聲輻射力的微納驅(qū)動與執(zhí)行 162
7.2.2 基于聲流的微納驅(qū)動與執(zhí)行 163
7.3 課后 170
參考文獻 170
第8章 生物基微納米機器人 172
8.1 生物微納米機器人 172
8.1.1 基于生物雜交細菌的主動給藥微納機器人 173
8.1.2 基于真核細胞的遞送微納機器人 173
8.1.3 細胞基微納機器人面臨的挑戰(zhàn)與未來展望 178
8.2 生物膜偽裝納米顆粒微納米機器人 178
8.2.1 紅細胞膜偽裝的微納米機器人 179
8.2.2 血小板膜偽裝的微納米機器人 180
8.2.3 外泌體偽裝的微納米機器人 182
8.3 生物相容性微納米機器人 183
8.3.1 可變形高分子載體 184
8.3.2 可變形蛋白載體 185
8.3.3 DNA折紙機器人 185
8.4 仿生微納米機器人 186
8.4.1 生物結(jié)構(gòu)及運動機制分析 188
8.4.2 集群和自組織行為 192
8.5 課后 194
參考文獻 194
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