面向柔软样品的AFM纳米操作可视化系统

来源：机器人杂志2021年第3期北京时间：

作者：王超, 武毅男, 方勇纯, 樊志, 刘存桓

摘要：在对细胞、生物大分子等柔软样品进行纳米操作时，原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）面临缺乏实时视觉反馈的问题．为此，搭建了一套面向柔软样品的AFM纳米操作可视化系统．具体而言，首先建立了AFM形貌图像坐标系到虚拟场景坐标系之间的映射关系，从而得到虚拟场景中样品的顶点信息，进而通过3维图形引擎渲染样品的虚拟形貌．在此基础上，提出了一种基于接触力学理论的样品形变估计和仿真方法，对探针按压导致的样品形变进行了虚拟视觉反馈，从而使得刻画的虚拟形貌能够和样品的真实形貌保持一致，并准确地还原按压过程中样品表面的形貌变化．仿真和实验结果表明，所设计的纳米操作可视化系统能够在虚拟场景中实时呈现AFM纳米操作过程．

关键词：原子力显微镜, 纳米操作, 虚拟视觉反馈, 形变仿真