[發(fā)明專(zhuān)利]用于借助于數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的微對(duì)象密度分布控制的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111535924.8
• 申請(qǐng)日: 2021-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114637196A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I·馬泰;J·德克利爾;C·索馬里基斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 帕洛阿爾托研究中心公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04;G06N20/00
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 呂傳奇

本發(fā)明題為“用于借助于數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的微對(duì)象密度分布控制的系統(tǒng)和方法”。本發(fā)明提供了使微對(duì)象密度分布成型(在特定空間區(qū)域中組裝微對(duì)象的密集程度)的系統(tǒng)和方法。高速相機(jī)跟蹤現(xiàn)有對(duì)象密度分布。光電晶體管控制的電極的陣列用于生成動(dòng)態(tài)勢(shì)能圖以用于通過(guò)DEP力和EP力兩者操縱對(duì)象，并且使用視頻投影儀來(lái)致動(dòng)陣列。一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備用于：處理由相機(jī)捕獲的圖像以估計(jì)對(duì)象的現(xiàn)有密度分布；接收微對(duì)象的期望密度分布；限定描述由于基于電容的相互作用而引起的微對(duì)象密度隨時(shí)間推移的變化的模型；生成電極電勢(shì)的序列，該序列在生成時(shí)將最小化現(xiàn)有密度分布與期望密度分布之間的誤差；以及使用電極電勢(shì)的序列來(lái)致動(dòng)電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)整體涉及微組裝控制，并且具體地講，涉及用于借助于數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的微對(duì)象密度分布控制的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

微米級(jí)和納米級(jí)的顆粒操縱已經(jīng)受到許多研究興趣。可對(duì)微對(duì)象(即其大小以微米為單位進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象)和納米對(duì)象(即其大小以納米為單位進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象)的組裝進(jìn)行控制的程度可在許多技術(shù)中(包括在微制造、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中)產(chǎn)生顯著差異。例如，可通過(guò)能夠準(zhǔn)確控制微對(duì)象(諸如電容器和電阻器)的位置來(lái)改善可重新配置的電路的制造，以制造具有期望行為的電路。類(lèi)似地，光伏太陽(yáng)能電池陣列的生產(chǎn)可受益于能夠?qū)⒕哂心承┵|(zhì)量的光伏電池放到陣列上的特定位置中。此類(lèi)電池可能太小而無(wú)法允許經(jīng)由人類(lèi)或機(jī)器人操縱進(jìn)行電池的期望放置，并且需要另一種類(lèi)型的運(yùn)輸機(jī)制。顆粒的微組裝和納米組裝也可用于工程化材料(諸如組裝成組織的生物細(xì)胞)的微結(jié)構(gòu)。存在許多其他技術(shù)領(lǐng)域，其中增加對(duì)微納對(duì)象組裝的控制可提供顯著的益處。

與微組裝有關(guān)的特定挑戰(zhàn)是在特定空間區(qū)域中生成特定期望密度的微對(duì)象；一旦實(shí)現(xiàn)，該密度分布可用作可實(shí)現(xiàn)期望的微對(duì)象操縱的單獨(dú)微對(duì)象操縱的基礎(chǔ)。然而，單獨(dú)微對(duì)象的同時(shí)控制和跟蹤在計(jì)算上是昂貴的，并且現(xiàn)有技術(shù)不允許以針對(duì)許多實(shí)際應(yīng)用期望的控制程度和計(jì)算效率控制微對(duì)象的密度分布。

例如，不受控制的機(jī)械攪拌通常用于定向顆粒組裝。然而，這種技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)某些工業(yè)應(yīng)用(諸如電子器件組裝)所必需的接近100％產(chǎn)率。

先前研究也嘗試使用電場(chǎng)來(lái)直接移動(dòng)微對(duì)象。例如，在其公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式并入的Matei等人的“微米級(jí)小芯片位置控制(Micro-scale chiplets positioncontrol)”，微機(jī)電系統(tǒng)的雜志，28(4)：643-655，2019年8月，和Matei等人的“將印刷作為電子器件制造方法：微米級(jí)小芯片位置控制(Towards printing as an electronicsmanufacturing method：Micro-scale chiplet position control)”，2017年美國(guó)控制會(huì)議(ACC)，第1549-1555頁(yè)，2017年5月中，公開(kāi)了基于一步模型預(yù)測(cè)控制方法的微小芯片控制策略。所公開(kāi)的一維模型是基于電容的，但所使用的致動(dòng)機(jī)構(gòu)基于螺旋形電極，這限制可由模型使用的同時(shí)致動(dòng)電極的數(shù)量。此外，假定其移動(dòng)被控制的顆粒的尺寸為足夠小以使得不干擾電場(chǎng)，這可限制所描述的技術(shù)對(duì)較大顆粒的適用性。

同樣，在Wang等人的“通過(guò)螺旋電極的對(duì)細(xì)胞的介電泳操縱(Dielectrophoreticmanipulation of cells with spiral electrodes)”，生物物理雜志，72(4)：1887-1899，199中描述了研究介電泳對(duì)癌細(xì)胞的影響。此研究假設(shè)所涉及的顆粒為球形并且足夠小以使得電場(chǎng)不受其存在的影響，從而限制所描述的技術(shù)的適用性。