面向神经接口微纳电极阵列的纳尺度能场操作机器人关键技术研究

Aiming at solving the difficulty in the fabrication of vertical arrays of nanoelectrodes with large aspect ratios and small pitches such as those for neural interfaces, we propose energetic fields steered by nanorobotic manipulators based on quantum mechanics and quantum field theory. The mechanism of the formation and spatial distribution of the energetic fields including electromagnetic fields, electrostatic ones, and their coupling with mass flows will be investigated and modeled. Based on the analysis of the interaction between the fields and the flows of metallic ions and atoms in multiple dimensions, nanorobotic manipulators will be designed and actuated with the energetic fields as the end-effectors. The spatial position and mass will be sensed in the flows and fed back to a control system. Combined with the visual signals from an SEM/TEM (scanning/transmission electron microscope), a feedback system will be built to achieve the control of feed rate and current density, mass flow rate of the ions and atoms, and the spatial distributions of the energetic field. SEM/TEM-based manipulation systems will be built with a combination of a laser subsystem for the generation of surface plasmons for the investigation of the direct writing of 3D and 4D objects. Electrode arrays for neural interface will be fabricated for demonstrating the high efficiency of the proposed system and technology.

针对神经接口电极对大长径比、小间隔距离纳米阵列的迫切需求及加工难题，本项目基于量子力学及量子场论提出了纳尺度的场控机器人。探索纳尺度能场的创成及能量空间分布机理，通过建立纳尺度电磁场、静电场、物质流场的能量场物质场耦合模型，研究纳尺度能场与金属离子、多维度纳米材料的相互作用机理，研发并设计机器人本体及驱动方法；开发纳尺度能场的物质流的空间感知方法及技术，物质流的质量感知方法及技术，为纳观机器人反馈提供技术方案；结合SEM-TEM中纳米操作机器人实现纳尺度能场的反馈控制，研究纳尺度场的空间运动速度的控制方法，离子/原子迁移速度的控制方法及纳尺度场的三维空间分布的控制方法，实现纳观机器人的运动控制；搭建SEM-TEM联合纳米能场操作机器人系统，引入等离激元离子化平台，研究基于纳观机器人的3D及4D直写方法及技术，实施神经接口电极阵列的加工实验，为纳尺度机器人大规模高效加工技术奠定理论基础。

针对神经接口电极对大长径比、小间隔距离纳米阵列的迫切需求及加工难题，本项目基于量子力学及量子场论提出了纳尺度的场控机器人。探索纳尺度能场的创成及能量空间分布机理，通过建立纳尺度电磁场、静电场、物质流场的能量场物质场耦合模型，研究纳尺度能场与金属离子、多维度纳米材料的相互作用机理，研发并设计机器人本体及驱动方法；开发纳尺度能场的物质流的空间感知方法及技术，物质流的质量感知方法及技术，为纳观机器人反馈提供技术方案；结合SEM-TEM中纳米操作机器人实现纳尺度能场的反馈控制，研究纳尺度场的空间运动速度的控制方法，离子/原子迁移速度的控制方法及纳尺度场的三维空间分布的控制方法，实现纳观机器人的运动控制；搭建SEM-TEM联合纳米能场操作机器人系统，引入等离激元离子化平台，研究基于纳观机器人的3D及4D直写方法及技术，实施神经接口电极阵列的加工实验，为纳尺度机器人大规模高效加工技术奠定理论基础。