微納機(jī)器人：從個(gè)體到集群

目錄
總序
序
前言
第1章 微納機(jī)器人的發(fā)展史 1
1.1 機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和微納機(jī)器人的起源 1
1.2 微納機(jī)器人的集群體系 4
1.3 本書架構(gòu) 7
參考文獻(xiàn) 8
第2章 磁性微納機(jī)器人：現(xiàn)狀與應(yīng)用前景 10
2.1 磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的微納機(jī)器人 12
2.1.1 螺旋推動(dòng)式微納機(jī)器人 13
2.1.2 振蕩磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)式柔性微納機(jī)器人 19
2.1.3 其他類型的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)微納機(jī)器人 22
2.2 磁導(dǎo)向微納機(jī)器人 24
2.2.1 磁導(dǎo)向化學(xué)驅(qū)動(dòng)式微納機(jī)器人 24
2.2.2 磁導(dǎo)向趨磁細(xì)菌 27
2.3 結(jié)論與展望 29
參考文獻(xiàn) 31
第3章 不依賴精確模型的雙粒子微機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法 36
3.1 引言 36
3.2 雙粒子磁性微機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法和運(yùn)動(dòng)特性識(shí)別 36
3.3 磁控系統(tǒng) 38
3.4 控制方案設(shè)計(jì) 39
3.4.1 問題的公式化 39
3.4.2 擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì) 40
3.4.3 控制器的設(shè)計(jì) 41
3.5 軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn) 42
3.6 本章總結(jié) 43
參考文獻(xiàn) 44
第4章 熒光磁性孢子微機(jī)器人的實(shí)時(shí)追蹤——遠(yuǎn)程檢測(cè)難辨梭菌毒素 46
4.1 引言 46
4.2 FMSM的制備及其應(yīng)用前景 48
4.3 FMSM的表征 49
4.4 FMSM的驅(qū)動(dòng)性能 51
4.5 FMSM的熒光性質(zhì) 53
4.6 FMSM對(duì)難辨梭菌毒素的檢測(cè)能力 53
4.7 臨床糞便樣品中的實(shí)際應(yīng)用 55
4.8 材料和方法 57
4.8.1 FMSM合成及實(shí)驗(yàn)所用材料 57
4.8.2 磁性孢子@Fe3O4混合體的合成 57
4.8.3 熒光磁性孢子@Fe3O4@碳點(diǎn)微機(jī)器人的合成 58
4.8.4 儀器與表征 58
4.8.5 磁性能及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)測(cè)試 58
4.8.6 難辨梭菌毒素的檢測(cè) 59
4.9 本章總結(jié) 59
參考文獻(xiàn) 60
第5章 磁性孢子微機(jī)器人的熒光成像自動(dòng)控制 63
5.1 引言 63
5.2 磁性孢子的制備以及磁驅(qū)動(dòng) 65
5.2.1 制備方法 65
5.2.2 驅(qū)動(dòng)原理以及運(yùn)動(dòng)特性表征 66
5.3 磁性孢子在熒光成像引導(dǎo)下的自動(dòng)控制設(shè)計(jì) 67
5.3.1 環(huán)境識(shí)別 67
5.3.2 基于PSO的*優(yōu)避障路徑規(guī)劃 68
5.3.3 軌跡跟蹤：魯棒模型預(yù)測(cè)控制 71
5.4 軌跡規(guī)劃和控制方案的仿真及參數(shù)確定 74
5.4.1 *優(yōu)路徑規(guī)劃器 74
5.4.2 干擾觀測(cè)器的調(diào)節(jié) 76
5.4.3 MPC控制器 77
5.5 細(xì)胞精度的運(yùn)送實(shí)驗(yàn) 78
5.5.1 系統(tǒng)設(shè)置 78
5.5.2 利用熒光成像的軌跡跟蹤 79
5.5.3 利用熒光成像的自動(dòng)把向遞送 80
5.6 本章總結(jié) 82
參考文獻(xiàn) 82
第6章 微納機(jī)器人集群概述 86
6.1 引言 86
6.2 磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的集群現(xiàn)象 86
6.2.1 基于粒子的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng) 87
6.2.2 基于基底的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng) 87
6.2.3 集體行為：通過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的自組裝 88
6.3 電驅(qū)動(dòng)的集群現(xiàn)象 90
6.3.1 電驅(qū)動(dòng) 90
6.3.2 集體行為 91
6.4 聲驅(qū)動(dòng)的集群現(xiàn)象 92
6.5 本章總結(jié) 94
參考文獻(xiàn) 95
第7章 順磁性納米粒子鏈狀團(tuán)聚物的拆解 100
7.1 引言 100
7.2 斷開及分散過程的物理模型與仿真 101
7.2.1 分散過程 102
7.2.2 斷開過程 106
7.3 拆解過程：斷開與分散的同步進(jìn)行 107
7.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 109
7.4.1 分散實(shí)驗(yàn) 110
7.4.2 拆解實(shí)驗(yàn)及拆解后長(zhǎng)度分布統(tǒng)計(jì) 111
7.4.3 生物流體中的拆解 114
7.4.4 拆解的逆過程——組裝 115
7.4.5 非磁性微米小球的定向運(yùn)送 117
7.5 本章總結(jié) 118
參考文獻(xiàn) 118
第8章 旋渦狀順磁性納米粒子集群的生成及運(yùn)動(dòng)控制 122
8.1 引言 122
8.2 旋渦狀集群的生成原理 124
8.2.1 旋渦的合并 125
8.2.2 形成VPNS的*低粒子農(nóng)度 126
8.3 旋渦狀集群的特征描述 128
8.4 集群模式自重組 130
8.4.1 核心尺寸的變化 130
8.4.2 擴(kuò)展?fàn)顟B(tài) 130
8.5 維持集群模式的力 133
8.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型對(duì)照 137
8.6.1 集群的生成 137
8.6.2 集群的表征 139
8.6.3 集群形態(tài)轉(zhuǎn)變 140
8.6.4 集群運(yùn)動(dòng)過程中的形態(tài) 144
8.7 本章總結(jié) 149
參考文獻(xiàn) 149
第9章 基于統(tǒng)計(jì)的磁性納米粒子集群的自動(dòng)控制 152
9.1 引言 152
9.2 納米粒子集群的統(tǒng)計(jì)描述 155
9.3 系統(tǒng)概述 157
9.4 基于統(tǒng)計(jì)的VPNS自動(dòng)識(shí)別與跟蹤 158
9.4.1 VPNS的自動(dòng)識(shí)別 159
9.4.2 VPNS的自動(dòng)跟蹤 163
9.5 聚集優(yōu)化控制 164
9.6 VPNS的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制 170
9.6.1 運(yùn)動(dòng)特性表征 171
9.6.2 運(yùn)動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì) 171
9.6.3 擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì) 173
9.6.4 LQI控制器的設(shè)計(jì) 173
9.7 運(yùn)動(dòng)控制對(duì)比實(shí)驗(yàn) 175
9.8 磁性納米粒子群的實(shí)時(shí)分布監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制 177
9.8.1 集群分布面積/密度的監(jiān)測(cè) 177
9.8.2 集群分布面積的控制 179
9.9 本章總結(jié) 180
參考文獻(xiàn) 180
第10章 磁性納米粒子條狀集群的生成及運(yùn)動(dòng)控制 184
10.1 引言 184
10.2 條狀順磁性納米粒子微群的生成 185
10.3 多模式重構(gòu) 189
10.4 集群的可控運(yùn)動(dòng) 191
10.5 實(shí)驗(yàn)方法 194
10.6 本章總結(jié) 194
參考文獻(xiàn) 194
第11章 用可重構(gòu)微群模仿蟻橋的結(jié)構(gòu)與功能以實(shí)現(xiàn)微電子應(yīng)用 197
11.1 引言 197
11.2 Fe3O4-Au（核-殼）納米粒子的制備 199
11.3 微群的集體行為 201
11.4 模仿蟻橋的結(jié)構(gòu)和功能以用于電路連接 203
11.5 微群在電子領(lǐng)域的應(yīng)用 204
11.6 本章總結(jié) 206
參考文獻(xiàn)206
第12章 集群運(yùn)動(dòng)的生物混合吸附劑——高效去除有毒重金屬 209
12.1 引言 209
12.2 結(jié)果與討論 211
12.3 本章總結(jié) 219
參考文獻(xiàn) 219
第13章 微納機(jī)器人的未來應(yīng)用與挑戰(zhàn) 223
13.1 微納機(jī)器人在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的未來應(yīng)用 223
13.2 醫(yī)療微納機(jī)器人未來發(fā)展的挑戰(zhàn) 226
參考文獻(xiàn) 229
關(guān)鍵詞索引 230