Система роботизированного манипулирования, использующая структурированное гранулярное движение

Система роботизированного манипулирования, использующая структурированное гранулярное движение

Реферат

 

Изобретение относится к технологии создания покрытия нанометрового размера и могут найти применение в электронике при производстве различных интегральных схем. Предложены система (100) и способ роботизированного манипулирования объектами (130), где частицы (110) возбуждаются путем переноса энергии к ним для установления структурированного гранулярного движения. Структурированное гранулярное движение частиц (110) образует стоячие волны (112). Объекты (130) совмещаются сами по себе со стоячими волнами (112) и, таким образом, динамически размещаются в виде конфигурации, устанавливаемой расположением стоячих волн (112). Расположение стоячих волн (112) может задаваться путем управления формой огибающей функции пакета сигналов, прилагаемых к системе приложения энергии (140). Заданные формы огибающих функций пакетов подаются от источников (150, 154) сигналов к системе приложения энергии. Данные изобретения позволяют создавать множество идентичных структур нанометрового размера на подложке, возможно изготовление множества схем, схемотехнических структур, систем, машин или узлов. 5 н. и 35 з.п. ф-лы, 12 ил.

Настоящее изобретение направлено на использование структурированного гранулярного движения для роботизированного манипулирования множеством объектов. В частности, настоящее изобретение направлено на использование явлений структурированного гранулярного движения, при котором множество стоячих волн частиц позиционируются путем управления формой огибающих функций пакетов энергии, передаваемых частицам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к использованию структурированного гранулярного движения, в котором молекулы используются в качестве частиц, которые встряхиваются путем взаимодействия между зарядами на молекулах и электрическим полем, приложенным к ним. Кроме того, настоящее изобретение направлено на образование узлов или систем нанометрового размера, где компоненты нанометрового размера расположены динамически посредством электрических полей, которые формируются с помощью стоячих волн частиц, которые устанавливаются, когда структурированное гранулярное движение индуцируется путем передачи энергии к этим частицам.

Развитие твердотельной электроники от дискретных устройств к интегральным схемам и к системам со все возрастающей сложностью является успешным, в частности, из-за возможности массового производства сложных схемотехнических элементов. Способность производить множество идентичных схем одновременно обеспечивает эффективность, которая делает стоимость этих схем привлекательной для промышленных и коммерческих применений. Эволюция таких схем, использующая все меньшие компоненты и схемотехнические структуры, продвигает методы массового производства для таких твердотельных устройств к их пределам.

Сейчас, из-за того, что реализуются электронные компоненты нанометрового размера и схемы, формируемые на отдельной молекуле, становятся необходимы методики массового производства для схемотехнических узлов и систем нанометрового размера. В настоящее время, механосинтез, использующий сканирующий туннельный микроскоп или атомно-силовой микроскоп, применяется для манипулирования молекулярными проволоками и устройствами, последовательно производя по одной схеме нанометрового размера за раз. Хотя хемосинтез обещает производить множество молекулярных схем одновременно, способы для отделения каждой изготовленной схемы еще не разработаны. Таким образом, не известен доступный практический способ для производства множества схем нанометрового размера, подобных интегральным схемам, одновременно. Также не извесно доступных практических способов для одновременной сборки множества механических узлов или квантовых систем нанометрового размера.

Структурированное гранулярное движение представляет собой недавно обнаруженное, отличающееся от других видов, механическое поведение, наблюдаемое в тонких слоях гранулярных сред, подвергающихся периодическим вертикальным колебаниям. Это явление характеризуется образованием стоячих волн гранулярных сред. Эти стоячие волны генерируются с помощью приложения вертикальных колебаний в тонких гранулярных слоях. Могут быть сформированы уникальные структуры стоячих волн, такие как квадраты, полоски, колебательные сруктуры и шестиугольники, которые таким образом, были идентифицированы в их числе.

Гранулы, как правило, образуются из стеклянных или металлических сфер, имеющих диаметр в пределах от 0,05 до 3 мм. К настоящему времени интерес к структурированному гранулярному движению является по существу академическим без каких-либо значительных промышленных применений.

По этой причине задачей настоящего изобретения является создание системы и способа для массового роботизированного манипулирования, использующего явление структурированного гранулярного движения. Система для роботизированной манипуляции множествами объектов включает в себя контейнер для приема в него объектов. В контейнер помещается множество частиц, и предусматривается устройство для приложения энергии ко множеству частиц, для установления их структурированного гранулярного движения, и при этом формирования множества повторяющихся вертикально направленных стоячих волн. Предусматривается генератор сигналов, который соединяется с устройством для приложения энергии, для подачи энергии с заданной формой огибающих функций пакетов для динамического позиционирования стоячих волн в заданных положениях друг относительно друга. Заданные положения стоячих волн динамически упорядочивают объекты в виде заданной конфигурации. В другом аспекте предлагается способ роботизированного манипулирования множеством объектов, в котором предусматрены контейнер с множеством частиц. Множество объектов, которыми необходимо манипулировать, добавляются в контейнер, и множество частиц возбуждаются с помощью энергии, имеющей заданную форму огибающих функций пакетов, для генерации в нем структуры стоячих волн. Структуры стоячих волн частиц динамически упорядочивают объекты. В контейнере позиционируется подложка, приспособленная для адгезии объектов на ней.

Фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию структурированного гранулярного движения частиц микронного или миллиметрового размера.

Фиг.2 представляет собой схематическую иллюстрацию структурированного гранулярного движения, использующего молекулы С₆₀ в качестве частиц.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую одно из воплощений настоящего изобретения.

Фиг.3А представляет собой блок-схему, иллюстрирующую альтернативную конфигурацию для системы приложения энергии, используемой настоящем изобретением.

Фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию объекта, с которым совершают манипуляции в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой схематическую иллюстрацию альтернативного осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5А представляет собой схематическую иллюстрацию осуществления по фиг.5, демонстрирующую примерное расположение электродов для создания электрического поля в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 представляет собой схематическую иллюстрацию объекта, с которым совершают манипуляции, в соответствии с альтернативномым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6А представляет собой трехмерный график, иллюстрирующий интенсивности кулоновского поля, полученные с помощью компьютерного моделирования настоящего изобретения.

Фиг.7 представляет собой блок-схему альтернативного осуществления настоящего изобретения с подложкой, вводимой в первом положении.

Фиг.8 представляет собой блок-схему альтернативного осуществления настоящего изобретения с подложкой, вводимой во втором положении.

Фиг.9 представляет собой схематическую иллюстрацию настоящего изобретения, где объекты, с которыми совершают манипуляции, размещаются в геле.

Фиг.10 представляет собой схематическую иллюстрацию настоящего изобретения, где объект, с которым совершают манипуляции, представляет собой углеродную нанотрубку.

Фиг.11А, 11В и 11С представляют собой схематическую иллюстрацию углеродной нанотрубки, которая деформируется различными способами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.12 представляет собой схематическую иллюстрацию настоящего изобретения, включающую в себя обратную связь.

Обращаясь к фигурам 1-11, здесь изображена роботизированная система 100, 100’ для манипулирования, предназначенная для динамического манипулирования объектами, использующая структурированное гранулярное движение. Как будет видно в следующих разделах, роботизированная система 100, 100’ для манипулирования является конкретно направленной на концепцию массового манипулирования объектами для параллельного изготовления множества структур. Роботизированная система 100’ для манипулирования является конкретно направленной для использования с узлами или системами нанометрового размера, например для динамического упорядочения молекул для создания схемотехнических структур, позиционирования молекулярных электронных устройств, формирования механических структур или сортировки молекул путем позиционирования одного типа по отношению к другому. На фиг.1 и 3 представлена система 100, где множество частиц 110 размещается внутри контейнера 120. Система 140 для приложения энергии прикладывает энергию к контейнеру 120, чтобы вызывать вибрации, по меньшей мере, у одной его стенки, например у нижней стенки 122. Вибрации стенки 122 устанавливают структурированное гранулярное движение частиц 110 с формированием множества повторяющихся вертикально направленных стоячих волн 112. Множеству стенок могут быть сообщены вибрации в порядке достижения конкретных структур стоячих волн 112. Внутри контейнера 120 также предусмотрено множество объектов 130, которыми необходимо манипулировать. Столкновения между частицами 110 стоячих волн 112 и объектами 130 динамически упорядочивают объекты в соответствии со стоячими волнами. Там, где стоячие волны формируются в виде "полос", могут быть реализованы ряды объектов. Путем формирования структуры стоячих волн, использующих энергию, приложенную огибающими функциями пакетов сложной формы, стоячая волна может быть локализована в заданных положениях.

Система 140 для приложения энергии может включать одно или несколько устройств 142 для возбуждения вибраций, которые приводятся в действие с помощью источника 150 сигнала. Устройство 142 для возбуждения вибраций может быть электромеханическим или пьезоэлектрическим устройством, например, механически связанным со стенкой контейнера 122. Альтернативно, пьезоэлектрические устройства могут быть введены в структуру нижней стенки в форме интегральной структуры. Источник 150 сигнала включает в себя, по меньшей мере, один генератор 154 сигнала, имеющий возможность выдавать электрические сигналы, имеющие заданную форму огибающих функций пакетов, для приведения в действие устройств 142 для возбуждения вибраций. Выходные сигналы от генератора 154 сигналов могут быть несинусоидальными колебательными сигналами для формирования стоячих волн 110, неоднородно распределенных по среде частиц.

Как показано на фиг.3А, система 140 для приложения энергии может быть сформирована из множества устройств 142а-142n для возбуждения вибраций, каждое из них, соответственно, приводится в действие источником 150 сигнала. Источник 150 сигнала может быть сформирован из отдельного генератора сигналов, имеющего множество выходов, или, как показано, формируется из множества генераторов 154а-154n сигналов, каждый из которых имеет выход 145а-145n, соответственно, соединенный с устройствами 142а-142n для возбуждения вибраций. В порядке координации получаемой в результате сруктуры вибраций, формируемой из сред внутри контейнера 120, генераторы 154а-154n сигналов соединены с контроллером 152, который создает управляющие сигналы для каждого из генераторов 154а-154n сигналов и может получать информацию об их состоянии. Контроллер 152 может быть микропроцессором или персональным компьютером, программируемым для управления генераторами сигналов. Множество устройств 142а-142n для возбуждения вибраций может быть дискретными устройствами или устройствами, сформированными интегрально в одной или нескольких стенках контейнера.

Обращаясь опять к фиг.3 а так же, к фиг.4, энергия, приложенная к частицам 110 внутри контейнера 120, устанавливает вертикально направленные стоячие волны 112, которые одновременно механически манипулируют множеством объектов 130 с помощью столкновений с ними. Множество столкновений происходит между частицами в каждой из стоячих волн с соответствующими объектами 130, прикладывая к ним силы, показанные стрелкой 102, для динамического позиционирования объекта в соответствии со стоячей волной. Таким образом, когда стоячие волны устанавливают конкретные структуры (например, полоски, квадраты, шестиугольники, и тому подобное), объекты 130 могут размещаться динамически, в соответствии с этими структурами. Структуры могут устанавливаться, если это желательно путем контролирования формы огибающих функций пакетов и частоты энергии, приложенной к частицам 110. Объекты, которыми манипулируют, могут быть, например, чипами интегральных схем, компонентами дискретных схем, проводящими элементами, или механическими компонентами. Динамическое упорядочение объектов может представлять собой множество по существу идентичных схем или структур, формируемых одновременно. Подобным же образом, объекты, которыми манипулиуют, могут быть механическими компонентами, которые собираются во множество по существу идентичных механических узлов или систем. Как будет описано со ссылками на фиг.1, подложка 134 позиционируется в контейнере 120 и приспосабливается для прилипания к ней объектов 130.

Гранулярное поведение частиц при вертикальных вибрациях в контейнере 120 устанавливается у частиц вплоть до микронного размера путем добавления энергии к частицам микронного размера. Однако в порядке манипулирования объектами нанометрового размера, необходимо устанавливать структурированное гранулярное движение частиц нанометрового размера, которое еще не достигалось до этого.

Относительно индуцирования структурированного гранулярного движения среди частиц нанометрового размера существует ряд проблем, связанных с добавлением энергии к системе частиц нанометрового размера при столкновениях со стенками контейнера. Несовершенства осциллирующей стенки контейнера могут вызывать анизотропию латеральных скоростей движения частиц при отскоке, нормальная составляющая силы осциллирующей стенки, вероятно, не будет распределяться равномерно, на нанометровых размерах, по частицам, заставляя частицы с низкими энергиями разрушения разрушаться при столкновениях. Кроме того, прецизионный контроль физической осциллирующей стенки требует для получения стоячих волн зазоров нанометрового размера, которые не являются легко достижимыми с помощью преобразователей по современным технологиям.

В порядке преодоления этих проблем, пространственно однородное электрическое поле, представленное линиями 105, прикладывается к части 108 контейнера 120, как иллюстрируется на фиг.5. Используя частицы 110’, которые являются заряженными, осциллирующее электрическое поле создает вертикальную вибрирующую поверхность, вертикально ускоряющую частицы. С использованием частиц такого малого размера возникают и другие проблемы, которые должны быть преодолены. Броуновское движение должно быть сведено к минимуму, столкновения между частицами должны диссипировать энергию должным образом, и частицы сами по себе должны иметь структурную прочность, достаточную для того, чтобы пережить столкновения без разрушения. Частицы нанометрового размера, выбранные для использования, частицы, у которых должно устанавливаться структурированное гранулярное движение, использующее колебательные электрические поля, представляют собой отдельные молекулы, имеющие замкнутую структуру. Такая замкнутая структура обнаружена у молекулы ₆₀, структура которой является по существу сферической. Другие молекулы с подобными свойствами, такие C₈₀, C₁₄₀, C₁₈₀ и С₂₄₀, также могут служить в качестве частиц нанометрового размера. Молекулы С₆₀, известные как молекулы букминстерфуллеренов или "шарики", могут быть заряженными и иметь прочность, достаточную для того, чтобы выдержать множество столкновений, которые происходят, когда устанавливается структурированное гранулярное движение. Как показано на фиг.2, молекулы букминстерфуллеренов используются в качестве частиц 110’, и путем приложения одного или нескольких осциллирующих электрических полей устанавливают вертикальные стоячие волны 112, соответствующее тем, которые наблюдаются, когда механически ускоряются частицы большего размера.

В порядке ускорения частиц 110’ в вертикальном направлении, частицы 110’ являются заряженными, и система 140 приложения энергии системы 100’ включает в себя систему 145 возбуждения электрического поля, имеющую множество электродов, расположенных вблизи контейнера 120, для устанавления в нем одного или нескольких осциллирующих электрических полей. Частицы 110’ размещается, по меньшей мере, между пластинами электродов, к которым прикладываются электрические сигналы, имеющие заданную форму огибающих функций пакетов, от источника 150 сигнала. Эта система создает вертикально вибрирующую поверхность для устанавления структурированного гранулярного движения частиц. Вертикальные стоячие волны 112 частиц 110’ должны динамически упорядочивать объекты 130 нанометрового размера. Однако вместо манипулирования ими с помощью механических столкновений, объекты нанометрового размера, объекты, у каждого из которых размер, диаметр или минимальный поперечный размер является меньшим, чем 10 микрон, подвергаются манипулированию с помощью кулоновских полей.

В качестве примера структуры электродов для использования при устанавлении требуемого электрического поля внутри контейнера 120, сошлемся на фиг.5А. Ускорение заряженных частиц 110’ достигается с помощью электрического поля, формируемого между разноименно заряженными пластинами 144 и 146 электродов, окружающими контейнер 120. В то время как пластины 144 и 146 изображены как кольцевые, это только пример, и они могут иметь множество форм без отклонения от концепции настоящего изобретения.

Обращаясь к фиг.6, осциллирующее поле, устанавливающееся между пластинами 144 и 146, добавляет энергию заряженным частицам 110’, и добавленная энергия является колебательной, но не обязательно периодической. Каждая из стоячих волн, которые формируются таким образом, устанавливает соответствующие поля 106, которые прикладывают заметные кулоновские силы к соответствующим объектам 130, эти объекты сами по себе имеют поля 104, которые взаимодействуют с соответствующим полем 106.

Объекты 130, которые подвергаются манипулированию, могут быть незаряженными или заряженными, с полярностью, одноименной или разноименной по отношению к полярности заряда гранулярных стоячих волн 112, в порядке устанавления заданных сруктур из объектов или их деформации. Когда объект 130 имеет заряд, имеющий полярность, разноименную с той, которую имеет стоячая волна 112, между ними устанавливается притяжение. Как будет обсуждаться в следующих разделах, кулоновские заряды, устанавливаемые с помощью структуры стоячих волн, генерируемых внутри контейнера 120, могут быть использованы для деформации объектов в виде заданной конфигурации, в противоположность простому их упорядочению в виде конкретных структур, или для использования различий в зарядах для сортировки объектов.

Обращаясь опять к фиг.5А, электродные пластины 144 и 146 являются электрически соединенными с источником 150 сигнала, который создает колебательные сигналы с заданными формами огибающих функций пакетов в порядке установления желаемой структуры стоячих волн частиц 110’ внутри контейнера 120. Как обсуждалось в связи с фиг.3 и 3А, источник 150 сигнала может быть сформирован с помощью одного или нескольких генераторов сигналов, которые могут быть запрограммированы, внутри них или путем использования внешнего контроллера, для синтеза требуемых структур огибающих функций пакетов. Форма огибающих функций пакетов генерируемых сигналов может быть выражена в виде рядов Фурье, где коэффициенты выбираются для обеспечения желаемой формы огибающих функций пакетов выходных сигналов. Путем контролирования формы огибающих функций пакетов сигналов, приложенных к пластинам 144, 146, можно контролировать расположение стоячих волн частиц. Поэтому, форма или топология поля, генерируемого стоячими волнами, может также контролироваться. Путем контролирования формы или топологии поля, генерируемого стоячими волнами частиц 110’, объекты 130 могут быть размещены в виде заданных структур, или ими можно манипулировать другим образом и известным путем. Расположение стоячих волн может дополнительно контролироваться с помощью объединения множества электрических полей, устанавливаемых внутри контейнера 120. В дополнение к полю, устанавливаемому между электродными пластинами 144 и 146, дополнительные поля могут устанавливаться между соответствующими противополжными парами боковых электродов 143, которые могут быть добавлены вблизи контейнера 120. Множество боковых электродов 143, вместе, по существу окружают контейнер 120, при этом каждый питается отдельно сигналами, имеющими заданные формы огибающих функций пакетов. В качестве другой альтернативы пластины 144, 146 могут быть подразделены на множество секций, каждая из которых питается отдельно. Эта система может быть использована сама по себе или в сочетании с множеством боковых электродов 143, и является аналогом использования множества устройств для возбуждения вибраций в воплощении на фиг.3А.

В качестве иллюстрации степени контроля, которая может быть достигнута, обратимся к трехмерному графику, представленному на фиг.6А. График иллюстрирует распределение интенсивностей поля, полученное с помощью компьютерного моделирования. Моделирование показывает, что кулоновские поля могут быть распределены в виде заданных структур, соответствующих распределению стоячих волн частиц, где распределение стоячих волн контролируется структурой интенсивностей электрического поля, устанавливаемого внутри контейнера.

Объекты нанометрового размера, которые могли бы подвергаться манипулированию, согласно способу и системе, описываемой здесь, включают молекулярные диоды, молекулярные транзисторы, молекулярные логические устройства или другие схемы, сформированные с помощью отдельной молекулы, молекулярной структуры, которая функционирует в качестве "проволоки", молекулы, имеющей медицинское/фармокологическое значение, и тому подобное. Компоненты квантовых компьютеров, других новых типов нанокомпьютеров и наномашин также могли бы подвергаться манипулированию и собираться с помощью этого способа.

В то время как существует большой интерес к разработке электронных устройств и схем, формируемых из отдельных молекул, существует также большой интерес к структурам, которые могут служить в качестве соединительных проводящих элементов для объединения молекулярных схем и других схем нанометрового размера в более сложные устройства. Одним из перспективных проводящих элементов является углеродная нанотрубка. Путем установки расположения стоячей волны частиц 110’, такие объекты как нанотрубки могут размещаться в виде заданных структур электрических схем. В порядке использования схемотехнических структур, нанотрубки 130 должны быть нанесены на подложку, чтобы можно было объединять элементы молекулярных схем в более сложные схемы.

На фиг.1 представлен один из способов нанесения объектов 130 на подложку. В этом примере подложка 134 располагается выше объектов 130, при этом нижняя поверхность подложки 134 является приспособленной для прилипания к ней объектов. Такая адаптация может быть в форме выбора такого материала подложки, который обладает сродством к композиции объектов 130, нанесения покрытия, которое обеспечивает связь между объектами 130 и подложкой 134, или нанесения конкретного заряда на подложку 134 для притяжения объектов 130. Подложка 134 может быть позиционирована в контейнере 120, или на нем, перед устанавлением структурированного гранулярного движения или после этого. Как только объекты 130 позиционируются на нижней поверхности подложки, подложка может быть отделена от контейнера 120, и поступить на дополнительную обработку, которая может включать разделение подложки на множество индивидуальных сегментов, что не отличается от разделения пластины на множество чипов интегральных схем. Таким образом, множество по существу идентичных и разделяемых схем или схемотехнических структур нанометрового размера может быть сформировано одновременно.

Пространство 124, в котором размещаются объекты между множеством частиц 110’ и нижней поверхностью подложки 134, может быть заполнено какой-либо средой, например вакуумом, газом, жидкостью или гелем. Такая среда облегчила бы обработку или привела бы к получению преимуществ для конкретных характеристик объектов, которыми манипулируют, или облегчила бы использование конкретных материалов в качестве частиц.

Обращаясь теперь к фиг.8, здесь представлен другой способ, с помощью которого объекты 130 позиционируются и наносятся на подложку. В такой структуре подложка 134 позиционируется между объектами 130 и частицами 110’, при этом электрические поля, генерируемые стоячими волнами 112, воздействуют на объекты 130 через подложку 134. Объекты 130 могут быть сделаны такими, что они прилипают к подложке 134 с помощью способов, обсужденных ранее, или обрабатываться после позиционирования объектов в порядке их фиксации на подложке 134. Подложка 134 может образовывать герметизирующее покрытие для той части контейнера 120, где размещаются частицы 110’. Поэтому, пространство 124 между частицами 110’ и подложкой 134 может быть заполнено выбранной средой, что способствует получению желаемых характеристик, таких как использование вакуума для понижения того сопротивления, которое привносили бы молекулы газа или жидкости. Над подложкой 134 пространство 126 может быть заполнено такой же или иной средой. Например, если объекты 130 представляют собой молекулярные схемы, которые формируются путем объемной обработки в жидкости, эта жидкость может содержаться внутри пространства 126 до тех пор, пока объекты 130 не позиционируются в желаемых конфигурациях. Частицы, с другой стороны, могут быть размещены в эвакуированном пространстве для уменьшения сопротивления их движению.

Когда молекулы сортируются для медицинских, фармацевтических применений, лучше всего, если среда внутри пространства 126 представляет собой гель. Как показано на фиг.9, гель 136 располагается над подложкой 134, при этом объекты 130а и 130b смещаются в различных направлениях под действием поля, сформированного стоячей волной 112 частиц 110’, и частицы 110’ находятся в среде, не являющейся гелем. Такие гели уже широко используются в процессах электрофореза. Структурированное гранулярное движение, которое устанавливается в среде частиц нанометрового размера, обеспечивает гораздо более тонкий контроль электрофоретического процесса и возможность осуществления такого процесса в двух или трех измерениях.

Обращаясь теперь к фиг.10, здесь изображена иллюстрация углеродной нанотрубки 130с, расположенной на подложке 134. В дополнение к позиционированию нанотрубки 130с в прецизионном положении на подложке 134, стоячие волны 112 частиц 110’ могут быть использованы для деформации нанотрубки 130с. Деформация может происходить в пределах от небольшого углового отклонения или линейного без поворотов перемещения, где электрические характеристики нанотрубки не изменяются до излома, когда электрические характеристики нанотрубки в результате изменяются. Таким образом, когда стоячие волны принимают форму полосок 112’, как показано на фиг.11А, 11В и 11С, нанотрубка 120с, которая заряжена отрицательно, должна совмещаться, сама по себе, вместе с соответствующей полоской 112’, с противополжной полярностью заряда. Таким образом, как и на фиг.11с, где соответствующая полоска 112’ имеет форму дуги, нанотрубка 130c может изгибаться подобным же образом в виде дуги. Когда радиус дугового контура маленький, как иллюстрируется на фиг.11А, нанотрубка 130с может изгибаться до степени "излома", когда изменяются электрические характеристики нанотрубки. В дополнение к таким деформациям, нанотрубка 130с может быть линейно без поворотов, перенесена от одного положения к другому, как показано на фиг.11В. Когда стоячие волны позиционируются в виде более сложных структур, нанотрубки 130с, подобным же образом, могут быть деформированы в более сложные формы.

Таким образом, заданные топологические конфигурации структурированных гранулярных образований могут формироваться селективно путем приложения осциллирующего сигнала, имеющего заданные формы огибающих функций пакетов, к системе возбуждения электрического поля 145. Электрические поля, устанавливаемые с помощью системы возбуждения электрического поля 145, в свою очередь, добавляют энергию заряженным частицам 110’, находящимся в контейнере 120, и эта энергия является достаточной для установления структурированного гранулярного движения частиц. Структурированное гранулярное движение заряженных частиц 110’ состоит из соответствующих стоячих волн, при этом стоячие волны генерируют электрические поля, которые используются для динамического упорядочения объектов. С помощью использования электрических полей для установления структурированного гранулярного движения частицы нанометрового размера, такие как С₆₀, могут быть использованы для манипулирования объектами нанометрового размера. Объекты нанометрового размера, такие как проводники, определяемые углеродными нанотрубками или полифениленовыми молекулярными проволоками, молекулы, определяющие молекулярные электронные устройства, компоненты квантового компьютера, или наномеханический компонент, могут при этом подвергаться манипулированию в массовом масштабе.

Для больших устройств микронного и миллиметрового размера, энергия может быть добавлена к частицам с использованием вибрационных преобразователей для встряхивания стенки контейнера 120 и, тем самым, установления структурированного гранулярного движения. Стоячие волны, сформированные с помощью структурированного гранулярного движения, затем могут быть использованы для манипуляции объектами посредством столкновений между частицами в стоячих волнах и соответствующими объектами. Подобно структуре, представленной на фиг.7, относительно расположения подложки, объекты, которые подвергаются манипуляциям с помощью стоячих волн, генерируемых путем вибрационного пермещения стенки контейнера, могут быть сделаны так, что они прилипают к нижней поверхности подложки, создавая на ней множество по существу идентичных структур.

Как обсуждалось ранее, заданные структуры стоячих волн частиц устанавливаются путем указания заданных коэффициентов одного или нескольких рядов Фурье, представляющих формы огибающих функций пакетов, подаваемых источником 150 питания. Манипулирование объектами может быть осуществлено в виде дискретных стадий, при этом форма огибающих функций пакетов сигналов от источника 150 питания изменяется со временем в соответствии с заданной программой. Манипулирование объектами, однако, может быть осуществлено более прецизионно, если форма огибающих функций пакетов на выходе источника 150 питания активно модифицируется в ответ на манипулирование. Такая структура обратной связи схематически иллюстрируется для системы 100’’ на фиг.12. Как обсуждалось ранее, источник 150 питания создает сигнал, имеющий форму огибающих функций пакетов, устанавливаемую для обеспечения заданных структур стоячих волн частиц. Выход источника 150 питания присоединен к системе 140 приложения энергии для перенесения энергии от выхода источника питания к частицам внутри контейнера 120. Как обсуждалось ранее, приложение энергии может быть либо механическим, либо электрическим.

Дополнительно, роботизированная система для манипулирования 100’’ включает в себя сенсорную систему 160 для обеспечения обратной связи с целью установления одной или нескольких форм огибающих функций пакетов на выходе источника 150 питания, чтобы, тем самым, устанавливать положения стоячих волн внутри контейнера 120. В то время как система 100’’ параллельно манипулирует множеством объектов 130, сенсорная система 160 отслеживает положение и/или другие характеристики части объектов по одному. На основе полученной от сенсора или полученной другим образом информации об измеренной характеристике, сенсорная система 160 обеспечивает изменение на выходе источника 150 питания, тем самым, изменяя форму одного или нескольких огибающих функций пакетов. Сенсорная система 160 может включать в себя оборудование для оптической микроскопии/микроскопии с обработкой изображений или растровой микроскопии, предназначенное для отслеживания положений объектов. Электрические и/или оптические сенсоры могут быть включены в нее для отслеживания других характеристик объектов, которые изменяются, когда объектами манипулируют. Таким образом, датчики атомно-силового микроскопа могут быть использованы для получения контакта с углеродной нанотрубкой, которая подвергается манипулированию, при этом датчики являются соединенными с оборудованием для электронного отслеживания, для измерения, например, электрической проводимости нанотрубки и детектирования образования "излома" на ней. Одним из применений обратной связи, например, является обеспечение более прецизионного манипулирования объектами.

Способ для роботизированного манипулирования множеством объектов включает в себя стадию создания контейнера, этот контейнер способен генерировать быстрые отскоки гранул на высоких частотах и обеспечивать нахождение множества частиц в контейнере. Объекты, которые подвергаются манипулированию, добавляются в контейнер, и частицы встряхиваются под действием энергии, имеющей заданные формы огибающих функций пакетов, для генерации в нем структуры стоячих волн (то есть, структурированного гранулярного движения). Структуры стоячих волн динамически упорядочивают объекты, при этом упорядочиваемые структуры могут быть заданными конфигурациями схем из объектов, определяемых электронными устройствами, или структурами электрических схем из объектов, определяемых, например электрическими проводящими структурами. Структура из объектов может также формировать и другие типы узлов. Способ также включает в себя позиционирование подложки в контейнере, где подложка является приспособленной для прилипания к ней объектов. Позиционирование подложки может предшествовать премещению частиц или происходить после него. Возбуждение множества частиц может быть достигнуто с помощью вибрирующей стенки контейнера. Другой способ возбуждения частиц, где частицы являются заряженными с заданной полярностью, предназначен для установления осциллирующего электрического поля внутри контейнера. Объекты, которые подвергаются манипулированию, имеют размер, меньший, чем 10 микрон, то есть, диаметр, меньший, чем 10 микрон, или наименьший поперечный размер объекта является меньшим, чем 10 микрон, и объекты могут быть отдельными молекулами.

Частицы могут сами по себе быть индивидуальными молекулами, когда такие молекулы имеют замкнутую структуру, например молекулами букминстерфуллерена. Как частицы, так и объекты могут находиться в среде, независимо выбранной из группы, состоящей из вакуума, газа, жидкости и геля. При использовании этого способа множество по существу идентичных структур нанометрового размера (например, электрических, квантовых или механических) может быть сформировано на подложке. Таким образом, имеет место параллельное изготовление множества схем, схемотехнических структур, систем, маши