[發(fā)明專利]自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)輸方法及模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910336315.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN110059427B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳江星;占順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/25
• 分類號(hào): G06F30/25;G16C10/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

1.一種自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)，其特征在于自左向右包括初始腔室(1)、通道(3)、收集點(diǎn)(4)和墻壁(5)，初始腔室(1)左側(cè)和右側(cè)均為墻壁(5)，所有粒子均無法通過墻壁(5)，墻壁(5)與粒子之間具有碰撞作用，所述粒子包括溶液粒子A，燃料粒子B、產(chǎn)物粒子P和微納米馬達(dá)，初始腔室(1)右側(cè)墻壁(5)上設(shè)有通道入口(2)，寬度等于微納米馬達(dá)單球的直徑；微納米馬達(dá)在初始腔室(1)中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一旦微納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)到通道入口(2)就將會(huì)被通道(3)捕獲，然后在這條軟通道上進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)目的地之后被收集；

所述通道(3)能夠?qū)⑷芤毫Ｗ覣轉(zhuǎn)化為燃料粒子B，所述微納米馬達(dá)為二聚物馬達(dá)，包括活性球C和非活性球N，中間由硬桿連接，燃料粒子B在活性球C的催化作用下生成粒子P，活性球C周圍形成一個(gè)以活性球C為中心的P粒子的濃度場(chǎng)，P粒子與非活性球N的相互作用小于A/B兩種溶液粒子與非活性球N的相互作用，因此會(huì)對(duì)非活性球N產(chǎn)生一個(gè)沿著非活性球N指向活性球C的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)二聚物馬達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)P粒子遠(yuǎn)離二聚物馬達(dá)之后又會(huì)轉(zhuǎn)換回A或B粒子，P粒子轉(zhuǎn)換回A粒子還是B粒子取決于P粒子轉(zhuǎn)換時(shí)所處的位置。

2.一種自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)運(yùn)輸方法，其特征在于利用運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸，所述運(yùn)輸系統(tǒng)自左向右包括初始腔室(1)、通道(3)、收集點(diǎn)(4)和墻壁(5)，初始腔室(1)左側(cè)和右側(cè)均為墻壁(5)，所有粒子均無法通過墻壁(5)，墻壁(5)與粒子之間具有碰撞作用，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有粒子，所述粒子包括溶液粒子A，燃料粒子B、產(chǎn)物粒子P和微納米馬達(dá)，所述微納米馬達(dá)為二聚物馬達(dá)，包括活性球C和非活性球N，中間由硬桿連接，初始腔室(1)右側(cè)墻壁(5)上設(shè)有通道入口(2)，寬度等于微納米馬達(dá)單球的直徑；所述運(yùn)輸方法的步驟如下：

步驟1：微納米馬達(dá)在初始腔室(1)中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一旦微納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)到通道入口(2)就將會(huì)被通道(3)捕獲；

步驟2：所述通道(3)能夠?qū)⑷芤毫Ｗ覣轉(zhuǎn)化為燃料粒子B，燃料粒子B在活性球C的催化作用下生成粒子P；

步驟3：活性球C周圍形成一個(gè)以活性球C為中心的P粒子的濃度場(chǎng)，P粒子與非活性球N的相互作用小于A/B兩種溶液粒子與非活性球N的相互作用，因此會(huì)對(duì)非活性球N產(chǎn)生一個(gè)沿著非活性球N指向活性球C的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)二聚物馬達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；

步驟4：二聚物馬達(dá)在軟通道(3)上進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)目的地之后被收集；

步驟5：當(dāng)P粒子遠(yuǎn)離二聚物馬達(dá)之后又會(huì)轉(zhuǎn)換回A或B粒子，P粒子轉(zhuǎn)換回A粒子還是B粒子取決于P粒子轉(zhuǎn)換時(shí)所處的位置。

3.一種自驅(qū)動(dòng)微納米馬達(dá)輸運(yùn)系統(tǒng)的模擬方法，其特征在于所述系統(tǒng)中，通道(3)能夠?qū)⑷芤毫Ｗ覣轉(zhuǎn)化為燃料粒子B，所述微納米馬達(dá)為二聚物馬達(dá)，包括活性球C和非活性球N，中間由硬桿連接，燃料粒子B在活性球C的催化作用下生成粒子P，活性球C周圍形成一個(gè)以活性球C為中心的P粒子的濃度場(chǎng)，P粒子與非活性球N的相互作用小于A/B兩種溶液粒子與非活性球N的相互作用，因此會(huì)對(duì)非活性球N產(chǎn)生一個(gè)沿著非活性球N指向活性球C的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)二聚物馬達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)P粒子遠(yuǎn)離二聚物馬達(dá)之后又會(huì)轉(zhuǎn)換回A或B粒子，P粒子轉(zhuǎn)換回A粒子還是B粒子取決于P粒子轉(zhuǎn)換時(shí)所處的位置，所述模擬方法包括：

第一步：構(gòu)建輸運(yùn)系統(tǒng)中的物理模型；包括溶液粒子A、燃料粒子B、產(chǎn)物粒子P、二聚物馬達(dá)；

第二步：確定初始狀態(tài)參數(shù)，包括溫度、質(zhì)量、尺寸、所有粒子的初始位置；

第三步：計(jì)算并更新下一個(gè)時(shí)間步長的溶液粒子的位置和速度，采用多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)方法，即MPC，來對(duì)溶液粒子的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬，得出下一步所有溶液粒子的位置數(shù)據(jù)；

第四步：計(jì)算此時(shí)二聚物馬達(dá)的受力，通過Verlet算法計(jì)算二聚物馬達(dá)的當(dāng)前位置和速度；

第五步：更新并輸出二聚物馬達(dá)的當(dāng)前位置，速度和受力數(shù)據(jù)；回到第三步模擬下一個(gè)時(shí)間步長直到仿真結(jié)束。