移動微型機器人

姜金剛 裘智顯 鮑玉冬 薛鐘毫 馬宏遠

移動微型機器人

商品描述

本書向讀者介紹了新興的移動微型機器人領域。第1章對全書內容進行了簡要介紹。第2章介紹可用於確定微米尺度上的主導力和效應的縮放定律。第3章給出了作用在微型機器人上的力。第4章描述微型機器人的制造方法。第5章介紹微型機器人的傳感器。第6章研究機載驅動方式，用於為微型機器人提供動力。第7章描述在適當的液體環境中使用自產生的局部梯度和場或生物細胞作為驅動源的自推進方法。第8章介紹常用的遠程微型機器人驅動方法。第9章涵蓋機載供電方法。第10章包括微型機器人在表面上、液體中、空氣中和液體-空氣界面上的典型運動方法。第11章研究微型機器人的定位和控制方法。第12章討論微型機器人潛在的當前和未來的應用。第13章總結和描述微型機器人領域近期需要應對的關鍵挑戰。本書可作為高年級本科生和工科研究生微型移動機器人設計和研制的教材，它也可以作為科研人員和工程師學習微型移動機器人的參考資料。

作者簡介

姜金剛，博士，哈爾濱理工大學機械動力工程學院教授、博士生導師、副院長，主要研究方向為醫療機器人、醫用生物力學和機器人系統集成等。黑龍江省教學名師，全省高校師德先進個人，黑龍江省研究生課程思政教育聯盟專家委員會副主任委員，黑龍江省青年創新人才計劃入選者，省博士後青年英才計劃入選者，國家三級創新工程師，國家一級創新咨詢師。主持獲批黑龍江省研究生課程思政教學中心、研究生導學思政團隊、研究生課程思政課程、研究生課程思政案例、研究生精品課程各1項，獲批國家級一流課程1門（排名2）、省級一流課程2門、省課程思政示範課程1門（排名2），主編教材6部、專著2部、譯著3部，以第一作者或通訊作者身份發表SCI/EI檢索科研論文92篇，以第一發明人身份授權發明專利106項，獲黑龍江省高等教育教學成果獎特等獎一項（排名1）、二等獎一項（排名1）、一等獎一項（排名2），黑龍江省科學技術獎二等獎1項（排名2）。

目錄大綱

譯者序
致謝
第1章 緒論
1.1 不同尺度移動微型機器人的定義
1.2 微型機器人的發展歷程
1.3 本書概覽
第2章 微型機器人的縮放定律
2.1 動態相似性和無量綱數
2.2 表面積和體積的縮放及其意義
2.3 機械、電氣、磁和流體系統的縮放
2.4 小尺度運動系統的放大實例研究
2.5 習題
第3章 作用在微型機器人上的力
3.1 相關定義
3.2 空氣和真空中的表面力
3.2.1 範德華力
3.2.2 毛細力（表面張力）
3.2.3 靜電力
3.2.4 通常的微米尺度力的比較
3.2.5 特殊相互作用力
3.2.6 其他幾何形狀接觸產生的力
3.3 液體中的表面力
3.3.1 液體中的範德華力
3.3.2 雙層力
3.3.3 水合（斯特裏克）力
3.3.4 疏水力
3.3.5 總結
3.4 附著力
3.5 彈性接觸的微納力學模型
3.5.1 其他接觸幾何形狀
3.5.2 黏彈性效應
3.6 摩擦和磨損
3.6.1 滑動摩擦
3.6.2 滾動摩擦
3.6.3 旋轉摩擦
3.6.4 磨損
3.7 微流體
3.7.1 黏性阻力
3.7.2 拖曳扭矩
3.7.3 壁效應
3.8 微米尺度力參數的測量技術
3.9 熱性能
3.10 確定性與隨機性
3.11 習題
第4章 微型機器人制造
4.1 雙光子立體光刻
4.2 晶圓級工藝
4.3 圖案轉印
4.4 表面功能化
4.5 精密微裝配
4.6 自裝配
4.7 生物相容性和生物可降解性
4.8 中性浮力
4.9 習題
第5章 微型機器人傳感器
5.1 微型攝像機
5.2 微米尺度傳感原理
5.2.1 電容傳感
5.2.2 壓阻傳感
5.2.3 光學傳感
5.2.4 磁彈性遙感
第6章 微型機器人的機載驅動
6.1 壓電驅動
6.1.1 單晶壓電驅動器
6.1.2 案例研究：基於撲翼的小尺度飛行機器人驅動
6.1.3 雙晶壓電驅動器
6.1.4 壓電薄膜驅動器
6.1.5 聚合物壓電驅動器
6.1.6 壓電纖維覆合驅動器
6.1.7 采用壓電驅動器的沖擊驅動機構
6.1.8 超聲波壓電電動機
6.1.9 壓電材料傳感器
6.2 形狀記憶材料驅動
6.3 聚合物驅動器
6.3.1 導電聚合物驅動器
6.3.2 離子聚合物-金屬覆合材料驅動器
6.3.3 介電彈性體驅動器
6.4 微機電系統微型驅動器
6.5 磁流變和電流變液驅動器
6.6 其他
6.7 總結
6.8 習題
第7章 自推進式微型機器人的驅動方法
7.1 基於自生成梯度或場的微驅動
7.1.1 自電泳推進
7.1.2 自擴散泳推進
7.1.3 基於自生成微氣泡的推進
7.1.4 自聲泳推進
7.1.5 自熱泳推進
7.1.6 基於自生成馬蘭戈尼流的推進
7.1.7 其他
7.2 基於生物混合細胞的微驅動
7.2.1 作為驅動器的生物細胞
7.2.2 細胞與人工成分的結合
7.2.3 控制方法
7.2.4 案例研究：細菌驅動的微型遊動機器人
7.3 習題
第8章 遠程微型機器人驅動
8.1 磁驅動
8.1.1 磁場安全
8.1.2 磁場的產生
8.1.3 特殊的線圈結構
8.1.4 非均勻場設置
8.1.5 驅動電子設備
8.1.6 永磁體產生的場
8.1.7 磁共振成像系統的磁驅動
8.1.8 六自由度磁驅動
8.2 靜電驅動
8.3 光驅動
8.3.1 光熱機械微驅動
8.3.2 光熱毛細微驅動
8.4 電毛細驅動
8.5 超聲波驅動
8.6 習題
第9章 微型機器人的動力
9.1 運動所需的功率
9.2 機載儲能
9.2.1 微型電池
9.2.2 微型燃料電池
9.2.3 超級電容器
9.2.4 核（放射性）微功率電源
9.2.5 彈性應變能
9.3 無線（遠程）供電
9.3.1 通過射頻場和微波進行無線供電
9.3.2 光學功率束傳輸
9.4 能量收集
9.4.1 利用太陽能電池收集入射光
9.4.2 機器人運行介質中的燃料或ATP
9.4.3 以酸性介質為動力的微型電池
9.4.4 機械振動收集
9.4.5 溫度梯度收集
9.4.6 其他收集方式
9.5 習題
第10章 微型機器人的運動
10.1 固體表面運動
10.1.1 基於拉力或推力的表面運動
10.1.2 受生物啟發的雙錨爬行
10.1.3 基於黏滑運動的表面爬行
10.1.4 滾動
10.1.5 微型機器人表面運動實例
10.2 3D流體中的遊動運動
10.2.1 基於拉力的遊動
10.2.2 基於鞭毛或起伏的生物啟發的遊動
10.2.3 基於化學推進的遊動
10.2.4 基於電化學和電滲推進的遊動
10.3 水面運動
10.3.1 靜力學：停留在液體-空氣界面上
10.3.2 液體-空氣界面上的動態運動
10.4 飛行
10.5 習題
第11章 微型機器人的定位與控制
11.1 微型機器人的定位
11.1.1 光學追蹤
11.1.2 磁追蹤
11.1.3 X射線追蹤
11.1.4 超聲追蹤
11.2 控制、視覺、規劃和學習
11.3

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