微纳系统控制实验室-南开大学机器人与信息自动化研究所

机器人所109微纳系统控制实验室，是依托南开大学计算机与控制工程虚拟仿真实验中心，研究基于原子力显微镜(Atomic Force Micoscope, AFM)的微纳系统控制的研究室。AFM作为一种纳米级/原子级分辨率的测量/成像/加工仪器，被广泛应用于生物、化学、材料、加工制造等诸多领域，在国民生产科学研究中发挥着日益重要的作用。

本研究室首先在分析AFM工作机理和复杂非线性因素基础上，设计并采用Matlab/Simulink搭建了一个包含接触和轻敲两种模式的AFM仿真系统(图1)，方便研究者更深入研究分析AFM的物理机制和扫描模式，拥有很强的可扩展性，对于设计和开发AFM具有非常重要的意义。

图1 AFM虚拟仿真平台

继而，本研究室自主设计搭建研制出一套面向生命科学领域的跨尺度大范围快速AFM系统。在前期研究基于RtLinux的高速高精度AFM系统的基础上，设计并实现了一系列高速高精度成像方法，完成了生物材料的相关测量，与一系列纳米操作实验研究(图2)。

(1)在微纳尺度上刻画NK字母实验 (2)对大肠杆菌生物样品扫描成像图

(3)利用AFM探针测量大肠杆菌细胞细胞壁杨氏模量参数等实验图

图2 基于AFM系统研究成果图

本实验室目前着手更进一步研发适用于细胞精细操作的大范围、快速、高精度、自动化程度高的AFM系统。