BÁO cáo bài tập lớn học PHẦN MICRO ROBOT LITERATURE REVIEW PIEZOELECTRIC ACTUATOR

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY & ROBOT *************** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: MICRO ROBOT Mã lớp học: 124362 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hạ Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Hà Nội, tháng năm 2021 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM STT Họ tên MSSV Trần Lam Trường 20170955 Trần Việt Cường 20170671 Nguyễn Quang Đạo 20170679 Trịnh Quang Đông 20170695 Nguyễn Văn Việt 20170995 Nguyễn Quốc Vương 20172388 Lê Xuân Tùng 20170979 Trần Hoàng Đạt 20170683 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hạ Sinh viên thực hiện: Nhóm Nhận xét giảng viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày……….tháng………năm Giảng viên hướng dẫn ký tên Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ LỜI NÓI ĐẦU MicroRobotics lĩnh vực robot thu nhỏ, cung cấp khả tương tác với vật có kích thước vượt q khả sinh lý tự nhiên người Lưu ý định nghĩa đề xuất không thiết ngụ ý thân MicroRobot (robot vi mơ) có quy mơ milimet Robot hoạt động vật thể có kích cỡ milimet khơng gian làm việc cỡ milimet, phân loại MicroRobot (robot vi mô) MicroRobotics xây dựng cở số ngành kỹ thuật xác, robotics vật lý ứng dụng, phát triển thành lĩnh vực riêng Trong thực tế, có nhiều lý giải thích cho hình thành lĩnh vực MicroRobotics: Giảm vật tư tiêu hao, tăng tốc độ đáp ứng cho hệ thống, nâng cao tính di động hết để thực nhiệm vụ phức tạp chuyên biệt mà hệ thống Robot truyền thống thực Ví dụ định hình phân tích tín hiệu ánh sáng; pha trộn, xử lý phân tích thể tích hóa chất siêu nhỏ; cảm biến tín hiệu học; khí thăm dị giải trình tự phân tử sinh học Những nhiệm vụ đảm nhận hệ thống MicroRobot Giờ đây, việc đẩy mảnh nghiên cứu hệ thống lắp ráp quy trình điều chế vi mơ tiến hành để phục vụ mục đích trên, hướng tới bứt phá mặt công nghệ tương lai Trong lĩnh vực MicroRobotics, Piezoelectric Actuator (bộ kích hoạt áp điện) hướng nghiên cứu quan trọng, có ứng dụng lớn lĩnh vực, việc dành nhiều quan tâm cho định hướng lẽ tất yếu Trong Literature Review này, nhóm sinh viên (có danh sách kèm theo) thực đề tài Piezoelectric Atuator nhằm làm sáng tỏ số nội dung vấn đề Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Xuân Hạ giảng dạy tâm huyết, hướng dẫn tận tình anh Nguyễn Hùng Anh hỗ trợ triển khai, quan tâm ân cần để giúp nhóm hồn thành Literature Review lần Tuy cố gắng chắn cịn có nhiều thiếu sót, nhóm mong TS Nguyễn Xuân Hạ anh Nguyễn Hùng Anh có góp ý, sửa đổi để hồn thiện Nhóm xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xn Hạ Nhóm MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .7 DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 CHƯƠNG LITERATURE REVIEW: PIEZOELECTRIC ACTUATOR 10 Tổng quan kích hoạt áp điện 10 1.1 Tổng quan hiệu ứng áp điện, kích hoạt áp điện 10 1.1.1 Hiệu ứng áp điện 10 1.1.2 Bộ kích hoạt áp điện 11 1.2 Đặc trưng nguyên lý hoạt động số vật liệu áp điện 12 1.2.1 Đặc trưng số vật liệu 12 1.2.2 Nguyên lý hoạt động gốm áp điện .14 1.2.3 Hiện tượng từ trễ (Hysteresis) .16 Phân loại, ưu nhược điểm ứng dụng thiết bị áp điện .20 2.1 Multilayer (stack) actuators 20 2.2 Bimorph (bender) actuators 23 2.3 Stick-slip actuators 25 a Hiện tượng chuyển vị đầu 28 b Hiện tượng biên độ .29 c Hiện tượng vi dao động 30 2.4 Tube actuators 30 2.5 Bulk actuators 32 Tính toán thiết bị áp điện 35 3.1 Bộ kích hoạt áp điện ngăn xếp 35 3.2 Bimorph (bender) actuators 37 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ 3.3 Stick-slip actuators 39 CHƯƠNG CASE STUDY: ROBOTIC DUAL PROBE SETUP FOR RELIABLE PICK AND PLACE PROCESSING ON THE NANOSCALE USING HAPTIC DEVICES .43 Mục đích hệ thống 43 Cấu tạo hệ thống 44 Nguyên lý hoạt động hệ thống .48 Đánh giá hệ thống 53 Đề xuất cải tiến hệ thống .55 Danh mục tài liệu tham khảo 60 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xn Hạ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hiệu ứng áp điện ngược 10 Hình Hiệu ứng áp điện thuận .10 Hình Bộ kích hoạt áp điện 11 Hình Tinh thể thạch anh 12 Hình Tinh thể muối Rochelle 13 Hình Vịng lặp trễ với tần số cố định [6] 16 Hình Vịng lặp trễ với tần số thay đổi [6] 17 Hình Ví dụ thời gian từ trễ [7] 17 Hình Một số loại mơ hình hóa tượng từ trễ [6] 18 Hình 10 Một số điều khiển thơng dụng [6] .19 Hình 11 Bộ kích hoạt điện áp ngăn xếp .21 Hình 12 Cơ chế khuếch đại thủy lực kích hoat áp điện ngăn xếp 22 Hình 13 Động truyền động quán tính .22 Hình 14 Cơ cấu kẹp Zheng Li (bên trái) Das (bên phải) 23 Hình 15 Bimorph piezoelectric actuator .23 Hình 16 Cấu trúc bimorph, unimorph triple layer benders, (a) bimorph bender chuỗi kết nối, (b) bimorph bender kết nối song song, (c) triple layer bender, (d) unimorph bender, (e) thiết bị cầu vồng [12] .24 Hình 17 Động quay qn tính hai bậc tự bố trí bimorph piezo [13] 25 Hình 18 Mô tả nguyên lý hoạt động động Zhang [13] .25 Hình 19 Sơ đồ nguyên lý chuyển động dính-trượt [3] 26 Hình 20 Mơ hình Stick-slip actuator Zhang [14] 27 Hình 21 Mơ hình Stick-slip actuator Xu [15] 28 Hình 22 Biến dạng nhấp nhơ chuyển vị đầu tác dụng ngoại lực 28 Hình 23 Quan hệ độ lớn biên độ dao động độ lớn bước dịch chuyển PTCH .29 Hình 24 Tube actuators 31 Hình 25 Cơ cấu bậc tự do, bậc tự do, toàn bậc vật liệu áp điện [18] 32 Hình 26 Sơ đồ thiết kế IDE cấu chấp hành .33 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ hay khu vực tập trung nhiều hạt Ngoài ra, hạt gắp bị giới hạn kích thước khoảng 230-1160nm, kích thước lớn so sánh với vài ứng dụng cụ thể Công việc tương lai tập trung vào việc phát triển chiến lược xử lý hồn tồn tự động áp dụng quy trình xử lý hình ảnh chuyên dụng việc mở rộng đầu nhọn vonfram tỷ lệ khung hình cao với cảm biến lực nano Hình 48 mơ tả ngun lý hoạt động q trình gắp thủ cơng, nhược điểm q trình độ xác q trình gắp ảnh hưởng trình hiệu chuẩn camera Trong bước này, kẹp di chuyển thủ công đến ba vị trí khác bề mặt đế nhìn thấy liệu hình ảnh SEM Vị trí kẹp hệ tọa độ hình ảnh lưu trữ với vị trí tương ứng hệ thống điều chỉnh kích thước nano (được đo cảm biến bên trong) Sau đó, ma trận biến đổi tạo ra, cho phép biến đổi hệ tọa độ Thuật toán phát đối tượng BLOB có nguồn gốc từ phát đường viền khoảnh khắc OpenCV Sau Tập lệnh Python giúp chọn tất hạt nano phù hợp Điều có nghĩa tất hạt nằm nhóm gần với hạt khác bị loại bỏ Nếu khơng tìm thấy hình cầu phù hợp liệu hình ảnh SEM tại, giai đoạn mẫu chuyển sang khu vực khác Sau đó, tọa độ ảnh hạt phù hợp chọn chuyển sang hệ tọa độ định vị cách sử dụng ma trận biến đổi tạo trước Q trình tự động bỏ qua tất hạt nằm nhóm gần với hạt khác mà tập trung vào đối tượng đứng riêng lẻ nên tách hạt khối phức tạp Đầu kẹp đẩy hạt dọc theo số bề mặt, khơng có khả nâng hạt khỏi chất [22] Đề xuất cải tiến hệ thống Đặt vấn đề Như trình bày Chương 2, phần 4, hệ thống thực “pick and place” với hạt nano có kích thước từ 230nm đến 1000nm Vậy với hạt nano có kích thước nhỏ sao? Đề xuất giải pháp Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 57 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Để giải vấn đề nêu trên, cải tiến hệ thống Thay sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) tác dụng lực dính ướt q trình “pick and place”, ta sử dụng đầu kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) tác dụng lực điện di (electrophoretic force) - tượng lực tác dụng lên hạt điện mơi chịu điện trường không đều; kết hợp với kỹ thuật lắng đọng florua, kỹ thuật lượng bề mặt với tương tác lực tĩnh điện để tạo phương pháp Phương pháp thực thành công với hạt nano cỡ 80nm (nhỏ 1/3 so với kích thước bé hạt nano sử dụng hệ thống đầu dò kép sử dụng thiết bị Haptic) Một số điều chỉnh hệ thống Do phải thay đổi kết cấu hệ thống, thay phận cũ phận mới, ta cần phải điều chỉnh vài thông số để hệ thống hoạt động tốt Đầu tiên bố trí lại sơ đồ hệ thống, bao gồm kính hiển vi huỳnh quang ngược (Olympus IX73) kính hiển vi lực nguyên tử thương mại (AFM, NT-MDT Netegra) (Hình 51a), sử dụng để điều hướng thực trình gắp thả tương ứng Để tăng độ xác cường độ tín hiệu, vật kính ngâm dầu (Olympus Apo 60XO, NA = 1.49) sử dụng để thu thập tín hiệu quang học máy ảnh EM-CMOS sử dụng để ghi lại tất tín hiệu Trong cơng trình này, hạt nano phát quang đảo ngược sử dụng Các hạt đúc quay lớp thủy tinh phủ indium thiếc oxit sau chụp ảnh kính hiển vi đảo ngược với kích thích 980nm (Thorlab CLD1015) Các hạt phân bố thưa thớt chất mà khơng có kết tụ , thể hình 51b Cặp đầu dị thương mại NT-MDT & TipsNano HA_NC sử dụng cho thí nghiệm (Hình 51c) Hình 51d thể kết trình gắp thả hạt nano, xếp chúng thành chữ NJU [23] Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 58 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 51 Đầu dò điều khiển điện phục vụ gắp thả hạt riêng lẻ (a) Sơ đồ bố trí thí nghiệm, (b) Hình ảnh huỳnh quang hạt nano tách quay kính che, (c) Hình ảnh SEM đầu AFM, bán kính cong đầu mút 30nm (d) Hình ảnh huỳnh quang hạt nano xếp thành “NJU” Nguyên lý hoạt động Quy trình thực “Pick and Place” chia làm bước: + Định vị thơ: Di chuyển đầu dị vào trường nhìn thấy kính hiển vi lực ngun tử, tiếp đất tìm vị trí đỉnh hình ảnh quang học với trợ giúp ánh sáng trắng (Hình 2a) Sau đó, chuyển sang chế độ phát huỳnh quang tìm hạt nano mục tiêu Tiếp đó, di chuyển đầu dị tới vùng lân cận (trong phạm vị 3μm) hạt đích Tại thời điểm này, khơng có điện áp đặt lên đầu dò đồng thời lớp polyme florua phủ lên đảm bảo lượng bề mặt thấp, khả hấp thụ hạt nhỏ Nhìn chung, hạt nano tự không chịu tương tác nào, điện coi U air =0 Sau hạt nano hấp thụ bề mặt đầu dị chất nền, giải phóng lượng lượng, gọi E0tip (năng lượng đầu dò) E¿ (năng lượng chất nền), lực van der Waals điện trở thành U tip =−E0tip (điện đầu dò) U ¿ =−E¿ (điện Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 59 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ chất nền) (Hình 2b) Ở đây, phủ lớp florua nên U tip > U ¿, hạt nano lại chất + Nhặt hạt (Pick): Áp dụng điện áp (thường -10V) lên đầu dò quét đầu dị qua vị trí phân tử nano mục tiêu (~5μm2) sử dụng chế độ khai thác Khi đầu dò quét qua hạt nano mục tiêu, hạt bị hấp thụ vào đỉnh đầu dò tương tác điện di (Hình 2c) Sau đó, rút đầu dị khỏi chất hạt nano nâng lên khỏi chất lượng hấp thụ đầu dò lớn chất ( Etip > E¿) Hình 52 Quy trình gắp thả hệ thống Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 60 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ + Thao tác với hạt: Sau gắp, ta điều khiển hạt nano chế độ 3D cách tự cách sử dụng đầu dị, điều khiển ống piezo có độ xác nanomet Ở đây, để đơn giản, ta nâng hạt nano cỡ 2μm từ bề mặt chất di chuyển đến vị trí xác định trước với trợ giúp kính hiển vi lực nguyên tử (Hình 2e) + Thả hạt (Place): Sau di chuyển hạt nano đến vị trí xác định trước, ta tắt điện áp đặt vào đầu dò đưa hạt xuống bề mặt Hạt nano nhảy trở lại hấp thụ vào chất (Hình 2g) bề mặt chất cung cấp lượng hấp thụ lớn đầu dị ( E¿ > Etip) (Hình 2h) Cuối cùng, ta nâng đầu dị lên khỏi chất hạt nano lại chất [23] Đánh giá hệ thống Hệ thống thực “Pick and Place” với hạt có kích thước nhỏ 1/3 so với kích thước bé hạt nano sử dụng hệ thống đầu dò kép sử dụng thiết bị Haptic Hệ thống đảm bảo yêu cầu độ xác q trình thao tác với hạt điều không phụ thuộc vào việc hiệu chỉnh kính hiển vi lực nguyên tử AFM Tuy vậy, cải tiến đòi hỏi phải thiết lập lại vài thông số kỹ thuật so với hệ thống cũ để hoạt động tốt Việc áp dụng thêm kỹ thuật lượng bề mặt lắng động florua làm hệ thống trở nên phức tạp Bên cạnh đó, phương án đề xuất mang lại hiểu khoảng 90%, điều có nghĩa có 10% hạt nano thả khơng nhảy trở lại chất có hạt khơng gắp lên Tóm lại, hệ thống phát triển dựa kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) tự động để gắp đặt hạt nano đơn lẻ với kích thước nhỏ Các nano làm đầu dò AFM dẫn điện phủ florua cường độ tương tác hạt hạt điều chỉnh nhỏ lớn so với tương tác chất hạt cách tắt bật điện áp đặt đầu dò Hơn nữa, hệ thống tự động hóa tồn q trình gắp thả chương trình Python Tuy nhiên, phạm vi Case Study này, nhóm khơng đề cập [23] Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 61 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Danh mục tài liệu tham khảo [1] Binoy Bera, Madhumita Das Sarkar, “Piezoelectric Effect, Piezotronics and Piezophototronics: A Review,” Imperial Journal of Interdisciplinary Research (IJIR), tập 2, số 11, pp 1407-1408, 2016 [2] X X G S Li Sui, “Piezoelectric Actuator Design and Application on Active Vibration Control,” Physics Procedia, tập 25, pp 1388-1396, 2012 [3] Nicolas Chaillet, Stéphane Régnier, Microrobotics for Micromanipulation, 111 River Street Hoboken, USA: John Wiley & Sons, Inc, 2010 [4] “nanomotion.com,” Nanomotion Ltd, [Trực tuyến] Available: https://www.nanomotion.com/nanomotion-technology/piezoelectric-effect/ [5] C.S.Brown, R.C.Kell, R.Taylor and L.A.Thomas, “Piezoelectric Materials, A Review of Progress,” IRE Transactions on Component Parts, tập 9, số 4, pp 193-211, 1962 [6] KK Sappati, S Bhadra, “Piezoelectric polymer and paper substrates: a review,” 2018 [7] Jürgen Maas, Dominik Tepel & Thorben Hoffstadt, “Actuator design and automated manufacturing process for DEAP-based multilayer stackactuators,” 2015 [8] H Zhou, B Henson, A Bell, A Blackwood, “Linear piezo-actuator and its applications,” 2001 [9] Z Li, L Zhao, X Yu, “A novel stick-slip piezoelectric actuator based on twostage flexible hinge structure,” 2020 [10] TK Das, B Shirinzadeh, M Ghafarian, “Design, analysis, and experimental investigation of a single-stage and low parasitic motion piezoelectric actuated microgripper,” 2020 [11] W Al-Ashtari, M Hunstig, T Hemsel, “Characteristics of Piezoelectric Energy Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 62 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Harvesters in Autonomous Systems,” 2013 [12] QM Wang, X Du, B Xu, LE Cross, “Theoretical analysis of the sensor effect of cantilever piezoelectric benders,” 1999 [13] S Zhang, Y Liu, J Deng, X Tian, X Gao, “Development of a two-DOF inertial rotary motor using a piezoelectric actuator constructed on four bimorphs,” 2021 [14] Y Zhang, Y Peng, Z Sun, H Yu, “A novel stick–slip piezoelectric actuator based on a triangular compliant driving mechanism, IEEE Transactions on Industrial,” 2018 [15] Z Xu, H Huang, J Dong, “A stick-slip piezoelectric actuator with measurable contact force,” 2020 [16] M Hammouche, P Lutz, M Rakotondrabe, “Robust and optimal outputfeedback control for interval state-space model: Application to a two-degreesof-freedom piezoelectric tube actuator,” 2019 [17] X Gao, J Yang, J Wu, X Xin, Z Li, X Yuan, “Piezoelectric actuators and motors: materials, designs, and applications,” 2020 [18] Zhijiang Chen, Xiaotian Li, Guoxi Liu, and Shuxiang Dong, “A two degreesof-freedom piezoelectric single-crystal micromotor,” 2014 [19] Mingsen Guo; Junhui Hu; Hua Zhu; Chunsheng Zhao; Shuxiang Dong, “Three-degree-of-freedom ultrasonic motor using a 5-mm-diameter piezoelectric ceramic tube,” 2013 [20] K Takemura, S Park, T Maeno, “Control of multi-dof ultrasonic actuator for dexterous surgical instrument,” 2008 [21] Osamah M El Rifai, and Kamal Youcef-Toumi, “Modeling of Piezoelectric Tube Actuators,” 2004 Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 63 BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR BAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATORBAO.cao.bai.tap.lon.hoc.PHAN.MICRO.ROBOT.LITERATURE.REVIEW.PIEZOELECTRIC.ACTUATOR