基于主动动态粘着控制的微尺度对象操作机理及方法研究

微操作技术已经广泛涉及微系统制造、显微医疗、生物医学等关系国计民生的重要领域。当对象尺寸进入微尺度范围后，由于尺度效应，对象与工具间的粘着力使得操作过程，尤其是释放过程变得尤为复杂。本项目从主动释放的角度，开展基于惯性力的微操作释放机理和方法研究。首先建立对象与操作工具之间的动态粘着接触模型，分析微操作对象加速度等运动学、动力学参数对动态粘着的影响规律。在此基础上，建立基于惯性力的主动动态释放操作配置，研制夹持与主动释放一体化的新型微操作工具；研究主动作用力与操作对象惯性力、动态粘着力之间的匹配关系，并针对微操作对象高效、精确释放要求，确定操作工具参数及释放操作实现方式，开展相关实验研究。本课题的研究成果将为微操作对象的释放提供新的研究基础和方法，对促进我国MEMS、生物工程、纳米科学等领域相关研究的进一步发展具有重要的理论和现实意义。

微操作技术已经广泛涉及微系统制造、显微医疗、生物医学等关系国计民生的重要领域。当对象尺寸进入微尺度范围后，由于尺度效应，对象与工具间的粘着力使得操作过程，尤其是释放过程变得尤为复杂。本项目从主动释放的角度开展了基于惯性力的微操作释放机理和方法研究。针对微操作的发展趋势和微尺度操作的粘着问题，提出了一种基于粘着控制的动态微操作方法，并结合MEMS 技术和微装配技术，研制出集结构、驱动于一体的微型夹持工具用于实验研究。首先针对微球操作对象，建立了对象与操作工具之间的动态粘着接触模型，分析了微操作对象速度、加速度对动态粘着的影响规律。研究了主动作用力与操作对象惯性力、动态粘着力之间的匹配关系，并针对微操作对象高效、精确释放要求，确定了集成夹持操作工具及释放操作于一体的微操作方式。在此基础上，建立了基于惯性力的主动动态释放操作三指型配置，将夹持工具与释放工具集成，并改进了释放方式，通过压电薄膜驱动释放手指的振动，提高了释放的效率。针对微尺度对象作业，进行了不同环境和条件下，不同体积的微靶球典型样品的稳定拾取、有效释放和精确定位的实验研究，实现了20μm-80μm 微球的成功释放，以及2±0.5μm的释放定位精度。最后，对微操作中的影响因素进行了总结，结合微球操作实验，对微操作中主动避免微观力干扰的必要性进行了分析和实验，为微操作系统的设计和微操作方法提供了可以借鉴的理论与实践经验。