纳米技术机器人

纳米技术，微小设备的操纵和组装通常不大于一组分子，是工业机器人的完美应用。由于处理所处理的物品如此小，几亿米，人类对他们来说或成功制造任何东西是不可能的，机器人是与他们一起使用的主要手段。

‘‘The majority of parts that people are making that need to be assembled cannot get any smaller than a size that allows them to be picked up by people with steady hands and good eyesight with a decent pair of tweezers,’‘ says Dr. John Randall, Chief Technology Officer at Zyvex Corporation, a robotic systems integrator located in Richardson, Texas. Anything smaller than that, Randall says, needs powerful, flexible equipment such as robotics.

''纳米的Robos''
用于纳米技术的机器人能够在几种类型的物品和操作中生产。其中一些由Motoman Inc.的Lifesciences的销售经理Craig Rubenstein召开，俄亥俄州西卡罗尔顿州西卡罗尔顿。'纳米定位机器人用于各种过程，包括光纤部件组件，'Rubenstein说。''半导体装配，测试和检查使用机器人进行纳米技术生产。纳米技术机器人也用于高密度药物测定过程。''

Zyvex John Randall表示，纳米技术部门有几个机器人的应用。''机器人纳米操纵器集成在高功率扫描电子显微镜中。这些用于研究和集成电路市场，“Randall说。“大多数主要的半导体制造商现在有这样的工具可以在电路中的任何地方测量单个晶体管。”'Randall继续说纳米技术机器人用于操纵触点，它们长度为100纳米并变小。机器人运营商能够将精细蚀刻的钨探针定位在金属接触上以实现良好的电接触。这已被证明是我们的良好市场。“

“在纳米操纵或组装中的另一个用于机器人的应用是挑选的，用于建立光学系统的操作，如光谱仪，”Randall说。“Zyvex正在追求生产带电粒子光学的市场。”Randall解释说，机器人控制一个非常高的电子显微镜，用于获得卓越的分辨率。

''通常质谱仪是大而非常昂贵的实验室仪器。利用我们的纳米组装方法，高精度机器人正在制造小型化的质谱仪，“Randall说。较小的质谱仪部署在机场以进行安全性。Randall简要解释了行李筛查的程序。''航空公司安全在行李箱周围运行一块布。通过质谱仪分析布料，用于嗅出爆炸物或生物武器。“”传统的质谱仪太大而无法安装在机场。具有纳米技术功能的机器人能力使得可以产生缩放版本。

在不使用能够工作纳米级的机器人的情况下，可以不可能生产半导体和其他微小电子。Brian Carlisle，精密自动化，LLC，LOS Altos，加利福尼亚州的加利福尼亚州的Brian Carlisle指出，在使用小物体时，机器人与三种不同的秤，微型，微观和纳米交易。

“”微型机器人生产包括磁盘驱动器，手机和光子。微型组件下降到亚半导体的水平，将子组件组件放置在芯片本身上，以及公差在微米内的应用，“卡莱尔说。卡莱尔继续说纳米技术机器人也进入生物应用。'纳米技术机器人已经扩展到生物系统中，公司在液体中操纵细胞，“卡莱尔说。“生物技术公司正在将基因注射到细胞中。纳米技术空间在分子中或甚至在原子水平上。“卡莱尔补充说，纳米技术在材料科学中发挥作用。

机器人是微机械系统（MEMS）制造的重要元素，包括电路板生产以及其他纳米大小的组件。Carlisle通过说明加速度计制造的示例来精制机器人MEMS。“MEMS机器人生产综合加速度计，这些加速度计是汽车中的气囊的一部分。这些微小的加速度计具有弯曲梁和传感器，以检测展开空气袋的减速，“卡莱尔说。

其他机器人产生的MEMS产品用于医疗应用，例如血管成形术。''外科手术器的缩小，喜欢从静脉和动脉清洁斑块。纳米大小的电动机被放在导管的末端，贯穿静脉真空斑块，“卡莱尔说。''MEMS产品的其他医疗用途包括可在丸中吞下的相机，以获得内部查看消化道，“卡莱尔补充说。这种微小的摄像机有助于检查肠道，无需手术或侵入式技术，例如诸如内窥镜被系在电缆上。卡莱尔指出，相机是一个完整的系统，具有电源以及传感器。

卡莱尔还谈到了操纵纳米大小物体的探针。这是一个缩小的版本，通常使用古典机器人完成的内容。“机器人正在拾取并用探针移动。这些是激光镊子，其中两个激光器被引导在流体中，这影响流体的表面张力抓住或转向细胞，“卡莱尔说。“这是纳米水平上的缩小机器人操纵。”

那些算的小事
因为纳米机器人正在操纵的物品是如此无穷无程度，所以工作单元的典型参数是不同的。成功为纳米技术应用程序实施机器人解决方案为系统集成商带来了独特的挑战。Charles Duncheon销售和营销执行副总裁California，Menlo Park，Menlo Park，California，指出了纳米技术机器人的集成商和最终用户在实施这些系统时需要记住一些事情。

“在纳米技术机器人中有几件事可以处理。一个是在技术上可以实现的精确度，“Duncheon说。“另一个挑战是如何获得适当的形式因素来获得纳米环境中的那些动议，”Duncheon补充道。Duncheon维护了通过使用MEMS系统中使用的相同技术满足这些挑战。''如果您有MEMS设备，您可以将该技术置于可编程机器人运动中。“Duncheon断言”集成商不能总是使用传统的电磁电机和齿轮装置。当越来越小的物体时，您正在争夺物理学的法律。''Duncheon通过说标准的工业机器人在汽车或物料处理的现场焊接工作，但它们的形状因素不一定在纳米世界中工作。

Motoman的Craig Rubenstein有一个不同的传统技术如何应用​​于纳米技术机器人工作细胞。“传统的机器人”不旨在提供纳米范围定位精度。相反，它们对相对较大的操作范围的“毛额”定位任务有用，“Rubenstein说。''补充与细定位解决方案的总定位，如压电级是满足大区域纳米定位要求的一个策略。另一种技术是使用机器视觉来提供局部位置更新，基本上减少了积聚在大行程距离上的添加剂误差。“

Zyvex的John Randall认为，将机器人的大小与手头的任务相匹配是很重要的。“通常，机器人不会很好地扩展，以处理纳米级上的东西的操纵。”“Randall强调闭环控制在移动部件如此小时很重要。“重要的是能够知道你正在移动的物体已经走到了意图的点。To do that, sensors tell the robot actuator to move a semiconductor wafer to a specific spot, but the sensor should also to tell you that the wafer actually moved to that place.’‘ Randall adds the force of gravity has relatively less affect on nano-sized objects. ‘‘When manipulating objects that are nanometers in length, you cannot necessarily rely on gravity to put things where you want them. Electrostatic forces at that scale are often stronger than gravity.’‘

规模小，未来大
“在未来五年，随着纳米技术机器人数量的增加，成本将会下降。与任何精密制造工艺一样，这方面也有重大投资。在有足够的规模来摊销这些投资之前，还没有成本效益可言。”“未来几年，产量将变得足够，生产这些产品的投资将分散在非常多的项目上，因此将变得具有成本效益。”

精确自动化的Brian Carlisle说，''未来五年将在开发更好的材料方面，控制材料制造比过去更高的分辨率，'卡莱尔预测。从现在开始，在五到十年中，我们将看到更多的产品集成水平，我们将看到相结合的传感器，执行器和电源。

Zyvex的John Randall有一个令人愉快的小东西景观，尚未到来。''产品可以操作，比人类可以操纵很多。Randall说，制造商害怕制造任何更小的产品，因为人类无法处理它们。''机器人通过拾取和定位比人类手小的零件进来。这将导致小型化的新革命，在那里有很小的东西会变得更小。这可以将工作带回美国。“

编辑注意：

有关更多信息，您可以联系本文中列出的任何专家或在线访问机器人，科技论文：

销售和营销执行副总裁Charlie Duncheon人工肌肉，Inc。，650-331-2895，charlie.duncheon@anticalmuscle.com.
Craig Rubenstein，Lifesciences的销售经理，Motoman Inc.，937-847-6200，craig.rubenstein@motoman.com.
Brian Carlisle，总裁，精确自动化，LLC，530-888-6256，brian.carlisle@preciseautomation.com
John N. Randall Phd，首席技术官，Zyvex Corp.，972-792-1648，jrandall@zyvex.com.