仮想現実感を用いたマクロ世界からナノ世界へのテレマニピュレーションに関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450164
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 橋本 秀紀 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30183908)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原島 文雄 東京都立科学技術大学, 学長(研究職) (60013116)
• Keywords: Micro / Nanorobotics / 原子間力顕微鏡 / テレオペレーション / ハプティック / Tele-touching / 2-D micro / nano-assembly / task-based control / トライボロジー

Research Abstract

本研究では、一つのアプリケーションとして遺伝子操作を目指しているため、スレーブにはAFMを採用している。テレ・ナノマニピュレーションを行うためのシステムをTele-Nanorobotics systemと呼んでいる。
申請者らは、nmとμmの分解能の粗い部分とnmの分解能の精細な部分を持つポジショニング・システムとピエゾレジスティブ・カンチレバーを使うことで、独自のAFMを製作した。ポジショニング・システムは試料を動かすのに使われ、ピエゾレジスティブ・カンチレバーは光学的感知方式をとる従来のカンチレバーに比べコンパクトで安価である。
現在あるインタフェースは、3次元VRグラフィックスと1自由度マスタデバイスである。3次元VRグラフィックスでは試料表面の形状とカンチレバーのチップ先端の位置をディスプレイ上で提示している。1自由度マスタデバイスは、Z方向の動作(接触評価)を行える。
また、ナノ世界のZ方向にかかる力をモデル化したNano Simulatorを製作し、VR世界で1自由度マスタデバイスによる接触評価を行った。このシミュレータは、カンチレバーチップを球,試料の表面を平面であると仮定した上で、非接触部分のLennard-Jonesモデルと接触部分のJKRモデルにより、力モデルを考えてある。
実験の種類を以下に示す。
1.半自動制御による試料のプッシング
1自由度マスタデバイスを用いて試料表面までカンチレバーをZ方向に移動し(Tele-touching)、その後、3次元VRグラフィックス上でマウスを用いカンチレバーチップをXY方向に移動させ粒子を押す。
2.自動制御による試料のプッシング
試料表面へのアプローチから粒子のプッシングまで全てを、3次元VRグラフィックスとマウスを用いて自動的に行う。
実験に使用した粒子は、シリコン表面に置かれたlatex(100nm〜2μm)である。

Research Products

• [Publications] Metin Sitti,Hideki Hashimoto: "Micro/nano manipulation using atomic force microscope"J.of Industrial Science Research,University of Tokyo. Vol.51,8. 31-33 (1999)
• [Publications] Metin Sitti,Hideki Hashimoto: "Virtual reality-based teleoperation in the micro/nano world"J.of Industrial Science Research,University of Tokyo. Vol.51,8. 34-36 (1999)
• [Publications] Metin Sitti,Hideki Hashimoto: "Tele-nanorobotics using atomic force microscope as a nanorobot and sensor"Advanced Robotics Journal. Vol.13,4. 417-436 (1999)