【WRC大咖论道】德国奥尔登堡大学教授Sergej Fatikow：《工业应用场景下的高精度微型机器人技术》

2024世界机器人大会以“共育新质生产力 共享智能新未来”为主题，为期三天的主论坛和26场专题论坛上，416位国内外顶尖科学家、国际组织代表、院士和企业家聚焦前沿技术、产业动向和创新成果，深入研讨人工智能与机器人技术深度融合带来的新趋势、新机遇，共同打造了一场十分精彩的机器人领域前沿观点盛宴！

在8月22日下午的主论坛上，德国奥尔登堡大学教授，IEEE RAS 微纳机器人与自动化技术委员会主席Sergej Fatikow以《工业应用场景下的高精度微型机器人技术》为主题发表演讲。

数说2024世界机器人大会

论坛

26 家国际支持机构

3 大主题 26 场专题论坛

416 名国内外顶尖科学家、国际组织代表、院士和企业家

74 位国外嘉宾及港澳台嘉宾参会

线上线下听众达 160万 人次

展览

27 款人形机器人集中亮相

首发新品 60 余款

近 170 家参展企业 600 余件参展产品

参观人数近 25万 人次

大赛

全球 10 余个国家和地区的 7000 余支赛队

 13000 余名参赛选手

每天参赛人数 4000 余人

媒体关注

近 400 家国内外媒体

短视频平台话题播放量达 2.9亿

以下是演讲内容实录 

Sergej Fatikow（德国奥尔登堡大学教授，IEEE RAS 微纳机器人与自动化技术委员会主席）

非常感谢本次会议的主办方中国电子学会给我这个机会和大家分享一下，刚刚听到了韩总的分享，和我今天所探讨的议程高度相关，我们主要是做工业机器人在不同场景中的应用，主要关注的是创新。

现在都很清楚可重复性是非常重要的，但是在微纳米层面怎么样，机器人如何分拣东西，比如说小的西红柿只有几厘米的直径，这些任务微纳米机器人很适合了。

重点不只是说分拣番茄，而是想象一下这个技术未来的可能性，当我们谈到不同技术的举措时谈的是建设一个非常复杂的机器。这方面也要达到微纳层面机械高吞吐量、可靠性、可重复性以及低成本，我们是需要大量纳米级机器人在相应的领域进行工作，这个完全是另外一种工业机器人。所以我们来说一下这门新科学背后的术语。

说到高精度，精度和准确度其实不太一样的，需要在纳米级进行高精度的定位，而且是有很高的可重复性和可靠性的，根据ISO的标准，高精度微纳级的机器人代表100纳米之下，在这之下的机器人技术才能被称之为微纳技术，这方面是关于小尺寸机器人专门的科学。

我们再说一下微型机器人，这方面其实是有30多年的发展历史的，是始于上世纪90年代，最开始的时候有一点误导性的，我们认为这样一些微型机器人可以达到纳米尺度的精度和可持续性的，但是之前仅仅是减小机器人的尺寸，不能解决精度的问题，这就是为什么微纳机器人是另外一个研究的重点。

我们很快的说一下这样一个高精度微型机器人的定义，我们从90年代开始这门科学的研究，它是在厘米尺度上进行研究，我们的目的是高精度的驱动传感设计和制造，以此能够确保在纳米层面上一个精度，而不是像之前的厘米级，我们说的这样一个微型机器人到底要多小，要回答这样的纳米尺度的物理问题，设计机器人其实并不是最重要的，我们是需要保证机器人可以以这样的精度来执行任务，所以说我们并不是应用的程序，而是能够适应很多种不同微型机器人的环境的精度，很多时候其实就像是这么小，像一个浓缩咖啡大小的机器人，所以这个是我们需要做的。

我们注重机器人的尺寸，以此来看相应的纳米或者生物材料以及相对应的膜和其它部件的制作，很多时候可能会有一些生物工程甚至是细胞手术，使用的是超微型手术刀，我们可以看到在这方面中国是有很大的潜力的，20年前首次到访中国的时候，在高精度的微型机器人方面是没有任何研究的，现在中国有超过50家非常有实力的实验室，正在这个领域致力于它的研究，我也很高兴看到这样的发展，通过这样的研究其实对于社会是有很重要的贡献的。

这是我们一个应用场景，让大家了解一下，我们是用纳米级机器人来处理细胞内部，这里会有很多不同的技术包括大量的应用来制造一个纳米集结非常复杂的机械系统，可以使用FIB、AFM和其他的业务，除了机器人技术之外，我们还会使用高精度的微型机器人以及在微型层面上会有实时的传感，这个是跟自动化不可或缺的，我们会使用这样一个原子微波甚至是FIB的影像，比方说会使用电子数或者离子数，这个时候也是可以获取相应的影像。

更重要的一点就是我们所有的这些技术都是在同一个位置，可能是在同一个真空室之内这个也是高通量的高度自动化的前提，除了这些不同的应用之外，我们来看现在几个项目。

一个是德国高精度微型机器人的缩写，实验室已经有25年的工作了，这是我们德国奥登堡的一个项目，我们首先要做的就是一些分类，这样一个具有颠覆性的项目其实有很多的部分都在我准备这个演讲中，主要会有两类的实际应用。

第一类，会提供技术高精度的操作来完成更大的研究项目，这里可以直接转让高精度机器人的技术给到应用，把这个叫做提供助力或者是赋能的技术。以此来赋能实际的应用。

第二类，关于基础研究的，执行了大量的基础科学的研究，只有你有相应的高精度微型机器人的技术尤其是有相应的定义，有一些生物和纳米材料的技术的储备，才能让我们在此基础之上从事基础研究以及其特定的应用。

给大家看一下这两个项目类型的事例，首先在我们日常当中需要做很多的纳米线的拾取和放置，这其实是个很简单的应用，拣起来放到另外一边，就像是工厂里的机械臂一样，但是区别是在纳米级别，只有几纳米粗的这种线，所以大家可以有一个基本的感受，如果我们在处理纳米级别的物体的时候，我们是需要做到很高的精度，而且我们要做到高通量的制造，而且是要有很好的可重复定位。

我们在德国业界也是要求我们提供这样一个3D不同的纳米结构的整合，使用在不同的应用中，我们也是做了这样一个非常有趣的方法，首先来看高精度机器人会应用在第一层的应用上，最小的其实是200纳米左右的硅原子，我们会使用高精度技术来整合结合下一层纳米材料，通过这样的方式一层层的组装纳米，最终会形成一个3D材料，就像幻灯片上演示的这样。

项目的最后我们把这样一些不同特质的纳米粒子，比方说硅、钾都放到一起，会发现会有一个刻时的现象，各个层级纳米粒子之间会有一个相互的，我们是3D的结构，换句话说每个分子在这个3D结构上特定的位置其实都是可以安装和移除的，这是我们特定技术的应用，3D组装。

另外一个技术其实是这样一些家具，我们会使用高精度的纳米机器人来做相应技术的一个家装，这是一个很重要的技术，是含箔气体的应用，但是是很困难的，所以会有局部聚焦的方式来做相应的工作，实际上是一种胶体探针，我们会使用高精度的方式来组装不同层的工作。会使用这样一个含箔气体在扫描中完成组装，这就是我们一个项目，我们很多的项目都是在类似的很前沿的应用领域的。

另外一个很有趣的应用就是另外一个领域，有一个很有趣的主题就是石墨稀膜的利用，我们从这里看一下视频，首先来看石墨稀膜有什么样的特性，左边可以看到是石墨稀，它的膜的厚度大约只有2纳米厚，是非常薄的。我们是通过这样一个膜很缓慢的折射得到一个3D的图形就可以了解这个物质的特征，这是一个非常独一无二的项目。

因为纳米膜阵列会有自动表位的特征，可以通过成像进行实时的反馈，这也是一个非常重要的这是另外德国的公司做的项目。它是跟一个心脏疾病的中心合作，可植入的器械来衡量患者的血压，我们是通过一个电子数内置的方式来完成的，它是电径内一个纳米颗粒隧道的电阻原理，通过压电的方式，通过机动器感受到热差，以此来看患者的血压。

正常情况下血管内尺寸要求确实是纳米级的，大家在这边可以看到，大家如果想要的话其实这也是一种AI或者是适应性的智能控制，我们当时做法就是一个实时的方式，可以传感中的数据基于模板利用大数据的方式来看它的一个匹配，会有一个实时漂移的补偿，在体内是一个全自动的，考虑到热流的流动，可能是在保证一直的稳定性，以此可以提升整个结构的精度和准确性。

基板上有36个NTI，机械和定期的方差只有不到10%这是非常有趣的应用，第二类的项目应用刚刚已经说到了基础领域的研究，在这里会看到纳米材料热力学特征的研究和黏附特性，大家如果了解纳米材料的话，其实有很多种不同的材料，其实很多都会有黏附的问题，或者说腐蚀的问题，这是我们需要解决的问题。

我们是需要在整个组装过程中防止黏附对于器件性能造成影响，这方面目前没有很精确的知识，所以需要通过仿真来了解它做控制，这里通过微型高精度的机器人，通过探针来整理纳米线，这有两种不同的应用，这里有两种不同的纳米工具来组装纳米线到表面，右边可以看到如何通过手动的运压的过程高精度的完成。

如果你是机械工程师更了解这点，但是在纳米的层面上是非常具有挑战性的，我们要实时的监控纳米线的所在位置。这也是后面做的模具，我们还没有发表，还在做第一个原型，这是在微米层面所生成的基本模型，是一个纳米的弯折，主要的问题就是黏连，因为有微观的吸引力，所以会导致牵连变形，所以我们使用了纳米的绕线技术，让它避免能够因为黏连的情况发生而使得技术的优点能够发挥，这是使用纳米技术制作的金属部件。

这是几年前我们所做的研究，如何处理液体金属在纳米的状态做微观的金属液滴，SEM通过电磁进行制造，它的应用在这里学到的是如何控制纳米的金属尺寸和外形，并将它放到需要的位置，怎么应用很多公司都需要他们在研究，要有一个纳米的平板做出线路，所以需要纳米的球在上面进行点击，因为需要视觉的反馈来定位。有三纳米的直径可以形成压痕，从而形成视觉的标志。

要是在纳米层级能够进行设备的制造和应用，我们要在纳米平面对物料有能力进行处理，这需要非常高精度的机器人，它对于工程的仪器至关重要，这样才能够满足纳米科技的商业化需求，HP机器人对于纳米层级相关的工业是一种赋能科技，HP的机器人冲击和影响相当于纳米科技的影响，这是我们现在已经这个团队做出的一些贡献，我们非常自豪，从一个研发机构已经在中国北京有三个企业，上海也有合作的企业，小型的机器人制造自动化和操控方面有相关的技术和设备已经推出到市场上，很快会在中国杭州浙江大学，两年后会开这个会议。

给大家看一个电影开幕式时候的一个小视频，让我们回顾为什么要建造机器人，我们是为了自动化的制造纳米级别的设备来为人类和社会造福，感谢诸位的聆听。

（本文根据录音整理）