[01787444]面向细胞注射的基于IPMC的微驱动/微感知集成装置的研究与开发

面向细胞注射的微操作机器人系统在生物医学工程中有广泛的应用。IPMC（Ion-exchange polymer metal composite,离子交换膜金属复合材料）是智能材料的一种,属于电活性聚合物类的材料,又称人工肌肉。IPMC在生物医学设备、仿生机器人、微系统和纳米操作系统等领域有广阔的应用前景。 本课题研究基于IPMC的微驱动/微感知集成装置及其面向细胞注射的应用系统中存在的若干关键技术,主要内容有：（1）IPMC微力感知装置：分析IPMC感知理论,完成混合式微力传感器的结构优化设计和实物样机研制;（2）IPMC微驱动装置：开展针对IPMC非线性动力学特性（包括漂移、爬行、磁滞现象等）的面向控制的系统模型和仿真模型研究,建立IPMC驱动器的控制模型,包括自适应逆控制、神经网络逆控制及无穷维系统控制方法等,完成微夹持器和微注射仪的结构优化设计和实物样机研制;（3）基于IPMC的微驱动/微感知集成装置：完成微夹持器、微注射仪与混合式微力传感器的集成装置的虚拟样机系统及实物样机制作;（4）以细胞夹持和细胞注射为例,建立基于IPMC的微驱动/微感知集成装置的应用系统;重点研究该系统的显微视觉伺服与力反馈的混合控制,基于增强现实的遥操作控制;（5）实现了IPMC的制备,大大降低了试验成本。 最终结合研究成果,申报国家发明专利2项,分别是“一种离子交换聚合体金属合成物的控制方法及系统”（已获授权）和“一种基于离子交换聚合体金属合成物驱动器的小型机器鱼系统”;在高水平国内外学术刊物和学术会议上发表学术论文12篇,在国内外产生较好影响;培养硕士和博士生12名;举办1次与研究内容相关的学术交流活动。 该课题的研究成果也将广泛应用于微纳米制造及生物细胞操作等领域,为微机电制造系统和仿生微型机器人中的传感器以及微操作器件的开发与集成提供新方法。通过本课题的研究开发培养了一批技术人才,并有助于其它新型智能材料应用技术的发展。