2025世界機器人大會8月8日至12日在北京經濟技術開發區北人亦創國際會展中心舉行。本屆大會設置3天主論壇和31場系列活動，邀請416位國內外專家學者、企業家、國際機構代表，分享新技術、新產品、新應用。
        德國奧爾登堡大學教授謝爾蓋·法蒂科夫以《微機器人在精密制造與微電子行業的創新應用》為主題發表了演講。

     
       大家上午好！我的研究領域是關于精準機器人和微機器人，這個領域想要取得突破并非易事。今天，我將與大家交流微機器人在精密制造與微電子行業的創新應用。

在此，我要特別感謝高教授。高教授提及了精準工業機器人方面存在的局限，而這正是我今日分享的重點內容之一。在實現高位精度時，機器人精準移動以提供服務極具難度，這也導致其難以適配多種不同場景。另外，在開幕式上，辛國斌先生提到了特殊目的機器人，這與我今日要講的特殊機器人不謀而合。這類機器人可應用于探索太空、深海以及其他地形嚴苛的環境，其工作規模能達到微米甚至納米級。然而，在微米級生產機器人的研發過程中，我們面臨著巨大挑戰。由于環境未知，在35微米這樣的尺度下，我們很難對環境進行準確建模與深入理解，這使得自動化操作在不確定環境下變得困難重重。

多年前，一位諾貝爾獎得主曾言：“人們開始思索如何操弄納米級別的物質。”時至今日，這依舊是一個亟待攻克的難題，因為其中蘊含的挑戰過于巨大。在未知環境中實現自動化操作，無疑是一項極為艱巨的任務。接下來，我想為大家展示一些實驗室的研究實例，這些例子均與我們此前開展的納米級自動化研究相關，且運用了機器人技術。不過，由于時間有限，我們無法詳細闡釋背后的原理，諸多細節也難以一一展開。倘若大家感興趣，可以前往我所在的公司以及學院的網站，獲取更全面的信息。

我深感自豪的是，我所在的學院衍生出了一家小型創業公司，專門投身于相關實驗研究。提及高精度操弄或納米操弄的定義，當前有眾多納米級別的操作至關重要，例如組裝、表征、結構分析、追蹤以及衡量等。所有這些操作，均需借助機器人技術，或是涉及運用機器人操作的納米級操控工藝，因為除此之外，并無其他可行之法來完成這些任務。

高精度微機器人作為一項具有核心異稟技術的納米相關產業，蘊含著巨大的發展潛力。下面為大家分享一個實驗室的實例。在研究中，我們著重聚焦于電子數相關的納米級操作。值得注意的是，納米級的規模構建是由傳感器來實現的，而非執行器，具體是借助機械臂的延伸操作完成的。舉例來說，當材料處于0.1納米的尺度時，是能夠被精準移除的。對于眾多應用場景而言，在納米級別進行操作，唯一可行的選擇往往是將材料置于真空室中進行吸取，這也是我們實驗室目前正在開展的工作。通過使用標準化設備，我們能夠實現3納米的分辨率，這在當前技術領域已經相當出色。

我們可以將各種不同的關鍵技術進行整合積累。如圖所示，高清晰影像以及微機器人的高清部署技術至關重要，當然，這些也是實現納米級自動化的前提條件。眾所周知，這屬于掃描技術的范疇，需要一點一點、一線一線地進行細致掃描，隨后將所有獲取的信息進行匯總，最終形成完整的成像。此外，我們還發現了其他可行的方案來克服相關難題。我們采用兩線掃描技術來追蹤標記，該技術在自動化領域較為常見。不過，我們針對納米級操作的需求，對這項技術進行了適當的優化與改進。

在這個實驗里，我們將微米顆粒置于特定環境中。借助工作臺上高精度的顆粒移動觀測系統，掃描機器能夠敏銳地捕捉到這些微小顆粒。與眾多工業機器人相比，該掃描機器在移動速度上表現極為出色。目前，我們正在開展多個不同項目，其中高精度特性是當下研究的核心要點。基于此，我就不具體提及項目名稱了，畢竟我們圍繞的正是這一領域展開研究。在眾多項目中，我們聚焦于自動化納米操作的高精度機器人研發。我們開展此項研究并非單純為了發表學術文章，而是致力于將其真正應用于工業領域，德國以及歐洲的公司有著迫切需求，因此我們的大部分項目都是由工業實際需求所驅動的。

首先，談談納米工具機器組裝項目。我們使用的原子粒型微徑超尖探針，期望能夠突破當前制造表面機器所面臨的瓶頸。在實驗過程中，我們會對同一個樣本進行多達100次的掃描，以此收集相關數據。隨后，利用機器人對專門設計的工具進行組裝，使其形成一個類似杠桿的結構。這在納米技術領域是廣為人知的做法。我們雖然具備制造高精度表面探針的能力，但掃描該表面卻困難重重，原因在于其結構本身極為深邃且尺寸微小，處于納米結構的底層。正因如此，這是一項至關重要的任務，也是我們當前項目正在攻克的關鍵環節。

在對同一樣本進行掃描時，我們采用相同的納米參數，且該樣本精準定位在寬度為1微米的結構的第30納米深度處。這一操作所運用的技術，不僅極為敏感，而且屬于較為成熟、廣為人知的技術范疇。以橫向敏感膠體探針為例，制造此類探針困難重重。原因在于，它要求探針具備極高的靈活性，針尖必須達到超高的精準度，同時還需具備可組裝特性。所以，我們引入了高精度機器人。這個特定項目主要應用于FIB（聚焦離子束）材料處理。先利用標準探針移除材料，隨后再進行重新組裝，整個操作所涉及的規模大致在1000 - 1500納米之間，而精度則可控制在5、6納米的水平。

接下來要介紹的是一項基于電子束顯微鏡與掃描微波顯微鏡的多模態顯微技術。該技術實現了3D成像、微波成像以及第三種模態（可根據實際情況明確）的三模態顯微鏡同步數據采集。它采用了掃描電鏡與光學相機實時圖像同步采集的方式，通過掃描電鏡、主控計算機以及射頻端口，對掃描電鏡進行有序的展排操作。在此過程中，設置了一個用于放置掃描目標的裝置，如此一來，便能夠從單一設備中獲取更為豐富的信息。在納米研究階段，這種技術優勢顯著，不僅效果出色，而且成本相對較低。不同設備所采集到的信息應當能夠實現無縫對接，這一點至關重要。只有實現信息對接，在最終進行數據綜合處理時，數據才能達到協同、通用的效果。這實際上是掃描電鏡內集成的一項創新應用，它運用了微納米點技術，其精度可達4納米。在顯微鏡的實際顯示畫面中，能夠清晰地看到微電容、懸梁臂以及探針之間的結構，在顯微鏡的尺度下，這些結構的尺寸可達到1 - 10納米，甚至還能看到相應的截斷面。該技術還有另一項重要應用，即應用于氧化物組變存儲器。基于二氧化碳的存儲器件，利用掃描微波顯微鏡，可在目標應用頻段實現對納米電子器件的精準表征，掃描微波的模式也清晰可見。因此，通過微波顯微鏡能夠觀察到邏輯態的變化情況。下面要介紹的是納米級高頻微波接觸探測技術，這無疑是一個極佳的展示案例。此外，針對探針定位如何對準偏差以及偏差所產生的影響，我們在40GHZ的頻率下進行了模擬分析，模擬對象涵蓋了開路結構和短路結構。

在這里，我們持續推進基于高精度機器人與掃描電子顯微鏡成像的自動化探測工作，此項目是與德國一家兄弟研究單位攜手開展的，經過雙方努力，探測的重復性得到了顯著增強。我們首先借助掃描電子顯微鏡獲取圖像，隨后運用自動化的圖像模式進行處理。該系統具備自動對焦功能，且采用開放式的結構設計，為后續操作提供了便利與靈活性。

接下來介紹一下納米顆粒隧道節點阻（NTR）應變傳感器設備。這是一種由德國某公司制造的特殊材料，深入了解其性能表現十分必要。這種材料的優勢在于，納米顆粒隧道節點阻材料兼具金屬導電特性，例如其微觀結構中包含箔以及嵌入非晶碳晶體中的部分。基于電子數誘導的沉積原理，當材料受到拉伸時，在掃描電子顯微鏡的觀察下，其內部的量子效應會導致電阻增加。利用這一特性，我們可以實現任意形狀、任意位置以及任意表面的加工。內緣位置感應傳感器中的納米隧道電阻應變傳感器能夠隨之發生變化，前驅體機體可在旁邊注入到換能器中，例如注入到壓力膜面上。目前，掃描電鏡內置的原子粒、顯微鏡相關技術已實現商業化應用。在此過程中，自動化操作必不可少，尤其針對納米隧道的通道。通過自動化技術，我們可以直觀地看到設備的工作結果。機器人必須進行實時的有形算法計算，以此對比相關數據，精準預測所需的納米量，進而借助高精度衛星機器人實現自動漂移與校正。確定物料處于正確位置至關重要，因為必須確保接觸狀態極其穩定，所以靜電極以及中間傳感器的位置都必須完全準確無誤。

我們采用了一個封閉艙體，艙體內設有壓柄膜，膜上構建了一條長達一米的隧道電阻。借助該裝置，我們能夠從傳感器中精準獲取信號，其效果十分顯著。基于此，我們成功實現了全自動化工藝，完整電橋每7秒的測試結果穩定可靠，且器械與電子電學性能的偏差控制在小于10%的范圍內。我們期望這項技術能夠在更多領域得到應用，預計在幾年內便可實現成批量的商業化生產。

接下來，介紹本次分享的最后一個主題——真空中液態微滴的高壓操控。表面濕潤性能可通過液滴與表面之間的接觸角這一定量指標來進行描述，這是一種用于表征液體表面能的實驗方法。在某些特定情況下，該方法還可用于表征體表面能的相關特性。我們通過掃描電子顯微鏡成像來測定接觸角，以此對基底進行評估。由于此次研究聚焦于液態金屬與基底之間的濕潤性能，我們特別選用了45度傾斜的樣品臺，并將樣品表面定位為與電子束相垂直，以確保實驗的準確性和可靠性。

對于非理想表面而言，接觸角往往會出現滯后現象。在此情形下，唯有通過測量前進接觸角與后退接觸角，并基于這些測量值計算出平衡接觸角，才能夠較為準確地估算出固體與液體之間的黏附性。在本研究中，我們并未采用硅作為實驗材料，而是選用了液態材料作為替代方案，并運用了高度變化法。該方法最終應用于對疏水平面上水的相關研究。在實驗過程中，液體的體積始終保持恒定，通過改變基底的高度，彎月面的形狀以及接觸角均會隨之發生變化。我們將液態金屬液滴固定在末端執行器上，通過這種方式能夠實現液態金屬與待測基底的接觸與分離，進而完成對黏附性的評估。

在進行接觸角測試時，我們選用了十微米不同尺寸的液滴，并將其放置在不銹鋼的不同表面上。如此一來，便能夠清晰地觀察到接觸角存在的差異。實驗結果顯示，平臺上的接觸角小于粗糙表面上的接觸角。當超速度進一步增大時，接觸角可增大至接近180度。該方法的顯著優勢在于，水的彎月面以及氧化層均不會對接觸角的測量產生干擾。

我由衷地感謝團隊里的每一位成員，一直以來，大家都堅守在我的實驗室。幾年前，我們發起了一場意義非凡的會議，旨在為微物體應用領域搭建一個交流與宣傳的平臺，推動該領域的發展與進步。令人欣喜的是，明年我們將首次把這場活動帶到中國舉辦，由杭州的浙江大學主辦。倘若大家感興趣，我們誠摯地歡迎您參加。

非常感謝主辦方給予我這次分享機會。當前，我們的機器人在發展過程中面臨著諸多挑戰，亟待大家齊心協力、共同攻克。我們不僅要推動機器人在現有領域的應用，更要不斷開拓創新，挖掘更多潛在的應用場景。在這個過程中，人的主觀能動性起著決定性作用，我們需要發揮智慧、主導方向；而機器的發展則能夠極大地提升我們的生活質量，為我們的生活帶來更多便利與可能。

再次衷心感謝大家！