Automated Nanohandling by Microrobots pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Fatikow, Sergej 编

出品人:

页数:346

译者:

出版时间:

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9781846289774

丛书系列:

图书标签:

• Microrobotics
• Nanohandling
• Automation
• Nanotechnology
• Micro-nano manipulation
• Robotics
• MEMS
• Lab-on-a-chip
• Biomedical engineering
• Microfluidics

好的，这是一本关于微型机器人技术在纳米尺度操作中应用的图书简介，内容详尽，力求自然流畅，不提及您提供的特定书名： --- 书名暂定：《微纳尺度操作的基石：精密驱动、传感与集成技术》 导言：跨越尺度的工程挑战 在二十一世纪的前沿科学与工程领域，对物质进行精确操纵的能力正以前所未有的速度拓展着人类的认知与制造边界。从生命科学中的分子级组装到先进材料的精密构建，我们正面临着一个共同的挑战：如何设计、控制和部署在微米乃至纳米尺度下运行的智能系统。本书聚焦于支撑这一革命性进步的核心技术群落——微纳尺度操作系统的基础原理、关键组件以及集成策略。我们深入探讨了驱动这些微小机器人的物理机制、实现实时反馈所需的传感技术，以及将这些组件融合成可靠、可控系统的工程方法。 第一部分：驱动与执行——微纳尺度的动力学 本部分系统地梳理了在微米和纳米尺度下实现有效运动和力输出的各种驱动机制。在这一尺度上，惯性力远小于黏滞力和表面张力，传统的宏观动力学定律需要进行重构性的修正。 第一章：静电力与电场驱动 本章详细分析了静电力（如库仑力和范德华力）在微纳操作中的双重作用——既是驱动力，也是限制力。我们将剖析不同类型的电场驱动器，包括平面型、环形静电驱动器，以及它们在吸附、抓取和微粒输运中的应用。重点讨论了电场梯度对电介质微粒的介电泳（DEP）效应，以及如何利用高频交流电场实现对特定生物颗粒的高选择性捕获和排序。 第二章：磁场驱动的原理与实施 磁性微系统因其非接触性、远程控制的优势，在生物医学和流体环境中的应用尤为突出。本章构建了磁场与磁性纳米颗粒耦合作用的理论模型，包括布朗运动的随机性和布朗力矩对定向控制的影响。我们探讨了多轴磁体阵列的设计，用以产生精确的磁梯度场，实现对磁性微球的轨迹追踪和三维定位。此外，还涵盖了使用梯度磁场进行细胞分离和药物靶向输送的最新进展。 第三章：热致动与形状记忆合金（SMA） 热驱动作为一种高能量密度、高功率输出的机制，在需要较大作用力的微应用中展现出潜力。本章分析了基于微加热元件产生的局部温度梯度，如何用于驱动微流控阀门或改变微型机器人的几何构型。特别是对镍钛合金（NiTi）等形状记忆材料在微尺度下的应力松弛和回复特性进行了深入研究，讨论了如何通过精确的热循环实现亚微米级的位移控制。 第二章：感知与反馈——微纳尺度的“视觉” 在微纳世界中，传统的成像技术往往失灵，力的感知也极为困难。本部分致力于解决操作系统如何感知其环境，并提供可靠的反馈信号。 第四章：光学捕获与力测量 激光镊子技术作为一种强大的非接触式操作工具，其理论基础和实验应用是本章的重点。我们详细阐述了光镊工作原理中的辐射压力和梯度力，并推导出光镊的等效刚度（Optical Spring Constant）。本章还将介绍如何利用光镊系统精确测量单个分子或细胞所受的皮牛（pN）量级的力，这对于生物力学研究至关重要。 第五章：集成式电学传感与成像 本章关注与微系统直接集成的电学和电化学传感方法。讨论了利用电容变化、电阻变化来监测微结构位置的方法。特别关注了微流控芯片中的阻抗谱分析（Impedance Spectroscopy），如何用于实时识别和计数不同类型的细胞群或分析溶液中的离子浓度，为闭环控制提供即时数据流。 第三部分：系统集成与智能控制 本部分将前两部分的驱动与传感技术融合成功能性的操作平台，并探讨实现自动化和高精度控制所需的算法和架构。 第六章：微流控与集成平台 一个成功的微纳操作系统离不开一个稳定可靠的承载环境。本章探讨了微流控芯片的设计哲学，如何利用流体动力学来辅助或替代机械结构完成特定的物质转移任务，例如通过层流引导实现无需接触的物质分批处理。同时，分析了MEMS/NEMS技术在制造高精度、高集成度的操作腔体方面的最新进展。 第七章：闭环控制与实时规划 实现自动化操作的核心在于反馈控制。本章从控制论的角度出发，针对微纳系统固有的高频噪声和延迟问题，引入了先进的控制策略。重点介绍了基于模型预测控制（MPC）在处理非线性和约束条件下的微纳轨迹优化中的应用。此外，探讨了利用机器学习技术对环境不确定性进行建模，从而实现操作系统的自适应和鲁棒性增强。 第八章：应用前沿与未来展望 本书最后一部分展望了微纳操作技术在关键领域的实际应用和未来发展方向。内容涵盖： 生物医学领域： 活细胞内组分的精确注射、单细胞功能分析的自动化、以及基于微型执行器的体内诊断系统。 先进材料制造： 利用自组装技术和精确定位，构建具有预定义结构的功能性超材料。 微电子装配： 亚微米级元器件的精确拾取与放置，超越传统SMT（表面贴装技术）的能力范围。 本书旨在为从事微系统设计、生物工程、精密仪器制造以及自动化控制的科研人员、工程师和高年级学生提供一个全面而深入的技术参考，引领读者掌握在微纳尺度上实现复杂操作的工程艺术与科学。 ---

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