【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用声学技术进行微粒操控的，具体而言，涉及一种自导航声学镊子设计系统、基于强化学习的自导航声学镊子设计方法。
技术介绍
1、随着微流体学、生物医学和材料科学等领域的迅速发展，精准操控微粒已成为这些领域的关键技术之一。尤其在单细胞操作、微粒排序和精细组装等方面，非接触式的声学镊子技术因其潜在应用而备受关注。声学镊子是一种利用声波场中的压力节点或声阱来操控微粒的技术。尽管传统的声学镊子在某些方面表现出效能，但在应对复杂和动态环境的时候，特别是在需要实时反应环境变化和进行智能化决策时，其应用受到了明显的限制。
2、传统声学镊子的主要局限性在于缺乏智能化，难以与环境交互和学习，限制了它们在复杂环境下对微粒的操控能力。这一缺陷在高度动态的系统中尤为明显，如生物样品处理或复杂微流体环境中，这些环境要求更高的操作精度和适应性。此外，现有的声学镊子技术在规划微粒捕获路径方面通常缺乏效率和准确性，尤其是在涉及多粒子系统或需要避开障碍物的情况下。
3、传统声学镊子技术在面对复杂和动态环境时有着很明显的局限性，特别是其在智能化操控、路径规划效率和精确度方面的缺陷。这些缺陷主要包括：
4、(1)缺乏实时环境响应和智能决策的能力，限制了在动态环境下的应用；
5、(2)微粒捕获路径规划的效率和准确性不足，特别是在涉及多粒子系统或需要避开障碍物的场合；
6、(3)高度依赖操作者的技能和经验，限制了其广泛应用。
技术实现思路
1、本专利技术
2、为此，本专利技术的第一目的在于提出一种自导航声学镊子设计系统。
3、本专利技术的第二目的在于提出一种基于强化学习的自导航声学镊子设计方法。
4、为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的技术方案，提供了一种自导航声学镊子设计系统，包括：人机交互模块和声学操控模块；所述人机交互模块包括第一终端，所述第一终端安装有人机交互app；所述声学操控模块包括第二终端、ccd相机、显微镜、声表面波芯片、功率放大器和信号发生器；所述第二终端安装有图像处理模块和信号编码模块；所述第一终端通过无线传输的方式与所述第二终端进行交互；所述声表面波芯片安装在显微镜的载物台上；所述ccd相机，用于实时记录显微镜视野中微粒的图像，并将实时记录的所述微粒的图像传输至所述第二终端；所述图像处理模块，用于采集实时记录的所述微粒的图像，并对所述微粒的图像进行图像处理，以识别显微镜视野中微粒的起始位置信息、微粒的目标位置信息、以及障碍物的位置信息；所述人机交互app，用于接收用户输入的操作指令；所述操作指令包括所述图像处理模块识别到的显微镜视野中微粒的起始位置信息、微粒的目标位置信息、以及障碍物的位置信息；所述人机交互app，还用于根据所述微粒的起始位置信息、微粒的目标位置信息、以及障碍物的位置信息，去实时动态规划微粒的搬运路径；所述人机交互app，还用于将实时动态规划的微粒的搬运路径信息发送至信号编码模块；所述信号编码模块，用于接收实时动态规划的微粒的搬运路径信息，并将该搬运路径信息转换成对应的声波信号；所述信号发生器，用于接收所述对应的声波信号；所述功率放大器，用于对所述对应的声波信号进行放大处理，并将放大处理后的声波信号传递至声表面波芯片；所述声表面波芯片，用于接收所述放大处理后的声波信号，并根据该放大处理后的声波信号来操控微粒。
5、优选地，所述的自导航声学镊子设计系统，还包括：电源，所述电源用于给所述功率放大器进行供电。
6、优选地，所述第二终端通过usb口连接所述信号发生器，所述信号发生器通过第一sma连接线连接至所述功率放大器，所述功率放大器通过第二sma连接线连接至所述声表面波芯片。
7、优选地，所述声表面波芯片的制作步骤包括：步骤一：清洗；清洗的过程具体包括：首先，使用纯酒精对铌酸锂晶片进行清洗，以去除表面的灰尘和杂质；清洗后，晶片用氮气吹干，以移除任何残留的液体；随后，在65℃的环境下烘烤，以确保晶片完全干燥；步骤二：涂胶；涂胶的过程具体包括：清洁的晶片放置在旋涂仪的吸盘上；在晶片中心滴入500μl的正光刻胶az 5214；先以500rpm速度旋涂15秒，然后提高至3000rpm旋涂30秒，以确保光刻胶均匀分布；涂胶后，使用轮廓仪检测光刻胶的厚度，以确保达到设计要求；步骤三：曝光；曝光的过程具体包括：将涂有光刻胶的晶片放置在预热至恒温的光刻机吸盘上；放置加工好的菲林片于晶片上方，曝光剂量设定为65mj/cm2；光刻机需提前预热30分钟，以稳定光刻机工作状态；步骤四：后烘；后烘的过程具体包括：曝光后，晶片在65℃的热板上继续烘烤3分钟，旨在固化光刻胶，以确保图案的稳定性；步骤五：显影；显影的过程具体包括：将晶片放入az 300mif显影液中，轻轻晃动10秒；显影过程中确保图案处的光刻胶全部脱落，然后用去离子水清洗晶片，最后用氮气吹干以除去表面残留物；步骤六：坚膜；坚膜的过程具体包括：将显影后的晶片再次放置在热板上烘烤3分钟，以增强光刻胶的结构强度，准备下一步的溅射步骤；步骤七：溅射；溅射的过程具体包括：将晶片放入磁控溅射仪的腔体内，设备装载有镍铬合金靶和金靶；开启水冷循环系统，腔体抽真空；镍铬合金靶和金靶分别溅射1分钟和4分钟，分别形成50nm和200nm的金属膜；步骤八：再次清洗；再次清洗的过程具体包括：溅射后的晶片在丙酮溶液中常温清洗5分钟，用超声水浴锅去除所有残留金属；随后用酒精清洗去除丙酮，最后用氮气吹干；步骤九：切割；切割的过程具体包括：使用划片机按预设标记线切割晶片上的叉指电极；完成切割后的电极装入盒中备用；对于铝或铜电极，还需注意防潮和防腐处理。
8、优选地，所述图像处理模块，具体包括：显微镜画面采集模块，用于采集ccd相机实时记录的所述微粒的图像；其中，所述微粒的图像为彩色图像；灰度转换模块，用于将采集到的所述微粒的彩色图像转换成灰度图像；图像去噪模块，用于对所述灰度图像进行去噪处理；图像增强模块，用于对所述灰度图像进行增强处理；霍夫变换检测微粒模块，用于采用霍夫变换检测算法识别进行去噪和增强处理后的灰度图像中的圆形结构，以识别显微镜视野中微粒的起始位置信息、微粒的目标位置信息、以及障碍物的位置信息。
9、优选地，所述无线传输的方式为蓝牙技术。
10、优选地，所述第一终端为台式电脑、平板电脑、或智能手机；以及所述第二终端为台式电脑、平板电脑、或智能手机。
11、本专利技术的第二方面的技术方案，提供了一种基于强化学习的自导航声学镊子设计方法，该自导航声学镊子设计方法包括：将强化学习算法内置于所述人机交互app；通过ccd相机，用于实时记录显微镜视野中微粒的图像，并将实时记录的所述微粒的图像传输至所述第二终端；通过图像处理模块，用于采集实时记录的所述微粒的图像，并对所述微粒的图像进行图像处理，以识别显微镜视野中微粒的起始位置信息、微粒的目标位置信息、以及障碍物的位置信息；通过人机交互app，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自导航声学镊子设计系统，其特征在于，包括：人机交互模块和声学操控模块；
2.根据权利要求1所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，还包括：电源，所述电源用于给所述功率放大器进行供电。
3.根据权利要求1所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述第二终端通过USB口连接所述信号发生器，所述信号发生器通过第一SMA连接线连接至所述功率放大器，所述功率放大器通过第二SMA连接线连接至所述声表面波芯片。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述声表面波芯片的制作步骤包括：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述图像处理模块，具体包括：
6.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述无线传输的方式为蓝牙技术。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述第一终端为平板电脑；以及所述第二终端为台式电脑。
8.一种基于强化学习的自导航声学镊子设计方法，用于权利要求
9.根据权利要求8所述的基于强化学习的自导航声学镊子设计方法，其特征在于，所述强化学习算法采用基于价值函数的Q-learning强化学习算法。
10.根据权利要求9所述的基于强化学习的自导航声学镊子设计方法，其特征在于，所述采用基于价值函数的Q-learning强化学习算法，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种自导航声学镊子设计系统，其特征在于，包括：人机交互模块和声学操控模块；
2.根据权利要求1所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，还包括：电源，所述电源用于给所述功率放大器进行供电。
3.根据权利要求1所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述第二终端通过usb口连接所述信号发生器，所述信号发生器通过第一sma连接线连接至所述功率放大器，所述功率放大器通过第二sma连接线连接至所述声表面波芯片。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述声表面波芯片的制作步骤包括：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的自导航声学镊子设计系统，其特征在于，所述图像处理模块，具体包括：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟龙，全浩，崔笑宇，李昕珈，李英银，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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