基于改进A*算法的数字微流控系统液滴路径规划研究

来源：电子测量技术杂志2021年第21期北京时间：

作者：罗智杰，黄子涛，彭翠玲，潘仲宇，刘双印，曹亮，尹航

单位：1.仲恺农业工程学院，信息科学与技术学院，广州，510225 2.仲恺农业工程学院，智慧农业工程技术研究中心，广州，510225 3.仲恺农业工程学院，广州市农产品质量安全溯源信息技术重点实验室，广州，510225

摘要：基于介电润湿（EWOD）效应的数字微流控系统（DMF）能实现微升级别的多个液滴移动，分裂，合成等操作。为了降低EWOD器件异质液滴之间的交叉污染，减少化学合成和生化检验在EWOD器件中的完成时间，保证器件的可靠性，本文通过Matlab平台对DMF系统环境进行空间建模，在基本A*算法的基础上，将拐点作为估计函数值的影响因子，融入液滴碰撞策略，提出了针对EWOD器件流体特征的改进A*算法。通过对化学合成实验的仿真模拟，该算法表现出了较好的液滴寻址优化特性。对比基本A*算法，在相同路径长度下(64个驱动电极)，本研究算法能够有效减少冗余的拐点（减少10个）和液滴到达目标电极时间（减少约23s）。此外，改进的算法在复杂条件下（存在未知和已知故障）的多液滴合成实验也表现出较好的适应性（只需要24个时间戳即实现合成）。实验结果证明提出的液滴寻址算法对EWOD器件中多液滴的路径规划和调度优化具有较好的应用性和可靠性，可有效减少液滴应用在EWOD器件中的完成时间。

关键词：数字微流控;介电润湿; 改进A*算法;路径规划;避碰策略

基金资助：国家自然科学基金（61871475）、广东省自然科学基金面上项目（2021A1515011605）、广州市创新平台建设计划实验室建设专项项目（201905010006）、广州市科学研究计划一般项目（201904010233、201903010043）资助