Haptics in Micro- and Nano-Manipulation

要約

マイクロロボットやナノロボットなどの無線誘導アンテザード磁気デバイス (UMD) の開発の動機の 1 つは、高レベルの精度と器用さで微小物体を操作、分類、組み立てるという継続的な要求です。
UMD はマイクログリッパーまたはマニピュレーターとして機能し、直接接触の有無にかかわらず微小物体を移動させることができます。
この場合、オペレータは触覚遠隔操作システムを使用して UMD を直接遠隔操作できます。
この章の目的は 3 つあります。第 1 に、磁気誘導 UMD を使用して微小物体の無線作動を実現する、スケール調整された両側遠隔操作システムを設計するための数学的フレームワークを提供することです。
第二に、絶対安定理論に基づいて閉ループの安定性を実証すること。
3 つ目は、マイクロロボットを操作し、マイクロオブジェクトを組み立てるために触覚デバイス上で実行される実験的なケーススタディを提供することです。
この章では、マイクロおよびナノ操作アプリケーションにおける触覚デバイスの安定性と性能を理解するために、電磁気学と低レイノルズ数流体力学のいくつかの基本概念に関係します。

要約(オリジナル)

One of the motivations for the development of wirelessly guided untethered magnetic devices (UMDs), such as microrobots and nanorobots, is the continuous demand to manipulate, sort, and assemble micro-objects with high level of accuracy and dexterity. UMDs can function as microgrippers or manipulators and move micro-objects with or without direct contact. In this case, the UMDs can be directly teleoperated by an operator using haptic tele-manipulation systems. The aim of this chapter is threefold: first, to provide a mathematical framework to design a scaled bilateral tele-manipulation system to achieve wireless actuation of micro-objects using magnetically-guided UMDs; second, to demonstrate closed-loop stability based on absolute stability theory; third, to provide experimental case studies performed on haptic devices to manipulate microrobots and assemble micro-objects. In this chapter, we are concerned with some fundamental concepts of electromagnetics and low-Reynolds number hydrodynamics to understand the stability and performance of haptic devices in micro- and nano-manipulation applications.

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