The nanoscale sensing and manipulation have become a challenging issue in micro/nano-robotic applications. In particular, a feedback sensor-based manipulation is necessary for realizing an efficient and reliable handling of particles under uncertain environment in a micro/nano scale. This paper presents a piezoresistive MEMS cantilever for nanoscale force measurement in micro robotics. A piezoresistive MEMS cantilever enables sensing of gripping and contact forces in nanonewton resolution by measuring changes in the stress-induced electrical resistances. The calibration of a piezoresistive MEMS cantilever is experimentally carried out. In addition, as part of the work on nanomanipulation with a piezoresistive MEMS cantilever, the analysis on the interaction forces between a tip and a material, and the associated manipulation strategies are investigated. Experiments and simulations show that a piezoresistive MEMS cantilever integrated into a micro robotic system can be effectively used in nanoscale force measurements and a sensor-based manipulation.
Kim, Deok-Ho;Kim, Kyung-Hwan;Kim, Keun-Young;Park, Jong-Oh
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06b
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pp.158-163
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2001
Operators suffer much difficulty in manipulating micro/nano-sized objects without the assistance of human interfaces, due to the scaling effects in micro/nano world. This paper presents a micro manipulation system based on the teleoperation techniques which enables the operators to manipulate the objects with ease by transferring both human motion and manipulation skill to a micromanipulator. An experimental setup consisting of a micromanipulator operated under stereo-microscope with the help of intelligent user interface provides a tool that can be used to visualize and manipulate micro-sized 3D objects in a controlled manner. The key features of a micro manipulation system and control strategies using teleoperation techniques for handling micro objects are presented. Experimental results demonstrate the feasibility of this system in precisely controlling trapping and manipulation of micro objects based on teleoperation techniques.
Recently, biological technology industry shows great development. Instruments and systems related biological technology have been developed actively. In this paper, we developed a new micro end-effector for biological cell manipulation. The existing micro end-effector for biological cell manipulation has not any force sensing mechanism. Usually, excessive contact force occurring when the end-effector and a cell collide might make a damage on the cell. However, unfortunately, user can not notice the condition in case of using the existing end-effector. In order to overcome we proposed the improved micro end-effector having a force sensing mechanism. This paper presents the design concepts of the new micro end-effector. We carried out calibration of the force sensor and tested the performance of the proposed micro end-effector. Through a series of experiments the new micro end-effector shows the possibility of application for precision biological cell manipulation such as DNA operation
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.501-502
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2006
In-plane type micro piezoelectric micro grippers with pneumatic lines for manipulation biological cells and micro parts were designed, fabricated, and characterized. Micro grippers were fabricated through the final micro-sanding process after wafer level bonding between the etched 4' Si wafer with pneumatic channels and 4' glass wafer. Displacements between two jaws of fabricated micro grippers were linearly increased with applying voltages to piezoelectric actuator. In the case of applying 80 V, the displacement between two jaws was $160{\mu}m$. Using fabricated micro grippers, manipulation tests for biological cell and micro parts with the sizes less than $100{\mu}m$ are in process.
In the high precision robot systems, the most popular tasks may be handling of micro-scale objects on a surface such as a micromanipulation robot system. In handling of micro-scale objects, the stiction effect becomes a fundamental issue since the micro-contact mechanics dominates the micromanipulation robot system. In the paper, a theoretical non-stick condition derived from the micro-contact mechanics is carried out for the propose of micro-scale object manipulation. To verify the non-stick condition, a micro-manipulation robot system equipped with a high precision stage system and a microscope system is developed. Experimental results show that the proposed non-stick condition guarantees successful micro-scale object manipulation.
In recent years, techniques for micro-assembly with high repeatability under a scanning electron microscope (SEM) are required to construct highly functional micro-devices. Adhesion phenomenon is more significant for smaller objects, because adhesional force is proportional to size of the objects while gravitational force is proportional to the third power of it. It is also known that adhesional force between micro-objects exposed to Electron Beam irradiation of SEM increases with the elapsed time. Therefore, mechanical manipulation techniques using a needle-shaped tool by adhesional force are often adopted in basic researches where micro-objects are studied. These techniques, however, have not yet achieved the desired repeatability because many of these could not have been supported theoretically. Some techniques even need the process of trial-and-error. Thus, in this paper, mechanical and adhesional micro-manipulation are analyzed theoretically by introducing new physical factors, such as adhesional force and rolling-resistance, into the kinematic system consisting of a sphere, a needle-shaped tool, and a substrate. Through this analysis, they are revealed that how the micro-sphere behavior depends on the given conditions, and that it is possible to cause the fracture of the desired contact Interfaces selectively by controlling the force direction in which the tool-tip loads to the sphere. Based on the acquired knowledge, a mode diagram, which indicates the micro-sphere behavior for the given conditions, is designed. By referring to this mode diagram, the practical technique of the pick and place manipulation of a micro-sphere under an SEM by the selective interface fracture is proposed.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.9
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pp.881-886
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2009
This paper presents a manipulation system consisting of a coarse/fine XY positioning system and an out-of-plane manipulator. The object of the system is to conduct tine positioning and manipulation of micro parts. The fine stage and the out-of-plane manipulator have compliant mechanisms with flexure hinges, which are driven by stack-type piezoelectric elements. In the fine stage, the compliant mechanism plays the roles of motion guide and displacement amplification. The out-of-plane manipulator contains three piezo-driven compliant mechanisms for large working range and fine resolution. For large displacement, the compliant mechanism is implemented by a two-step displacement amplification mechanism. The compliant mechanisms are manufactured by wire electro-discharge machining for flexure hinges. Experiments demonstrate that the developed system is applicable to a fine positioning and fine manipulation of micro parts.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.2
no.2
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pp.135-143
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2004
Recently, high throughput screening for microorganisms with desired characteristics from a large heterogeneous population has become possible. Single cell separation has taken on increasing significance in recent years, and several different methods have been proposed so far. In this paper, we introduce several cell manipulation methods aiming at single cell separation and investigation. At first, methods for the separation of microorganisms are classified. Then, we introduce two different approaches, that is, (1) indirect manipulation using laser trapped microtools and (2) thermal gelation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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