Особенности решения уравнений метода обратной задачи для синтеза устойчивого управляемого движения шагающих роботов

Рассматривается задача синтеза управляемого движения шагающих роботов методом обратной задачи. Уравнения метода обратной задачи представляются с помощью методов динамики связанных систем тел, как уравнения движения свободных тел и уравнения связей. Введены различные группы уравнений связей — для задания походки робота, для выполнения условий устойчивости робота и для согласованного движения заданных звеньев робота. Ключевая особенность уравнений метода обратной задачи в такой постановке состоит в наличии вторых производных координат системы в уравнениях связей, обеспечивающих поддержание роботом вертикального положения. Однозначное решение таких уравнений в общем случае невозможно из-за неопределенности начальных условий для множителей Лагранжа. Рассмотрен приближенный метод решения обратной задачи без учета инерционных составляющих в уравнениях связей, определяющих устойчивость робота. Выписаны уравнения связей, которые определяют согласованное движение отдельных звеньев робота и необходимые для однозначного решения задачи на основе приближенных уравнений. Представлена реализация методов синтеза программного движения в системе управления робота андроида АР600. Выполнено сравнение теоретических и экспериментальных показателей управляемого движения. Установлено, что при достигнутой высокой точности управления следящими приводами относительными движениями звеньев робота с погрешностью несколько процентов, показатели абсолютных движений робота, в частности, углы крена, рыскания и тангажа, отличаются от программных на 30-40%. Показано, что предложенный метод позволяет синтезировать управление роботом в квазистатическом режиме для различных типов движений — вперед, вбок, движение по ступенькам, наклоны и так далее

Estimation of Temperature Homogeneity in MEMS-Based Heating Nanochips via Quantitative HAADF-STEM Tomography

Sample holders for transmission electron microscopy (TEM) based on micro-electro-mechanical systems (MEMS) have recently become popular for investigating the behavior of nanomaterials under in situ or environmental conditions. The accuracy and reproducibility of these in situ holders are essential to ensure the reliability of experimental results. In addition, the uniformity of an applied temperature trigger across the MEMS chip is a crucial parameter. In this work, it is measured the temperature homogeneity of MEMS-based heating sample supports by locally analyzing the dynamics of heat-induced alloying of Au@Ag nanoparticles located in different regions of the support through quantitative fast high-angle annular dark-field scanning TEM tomography. These results demonstrate the superior temperature homogeneity of a microheater design based on a heating element shaped as a circular spiral with a width decreasing outwards compared to a double spiral-shaped designed microheater. The proposed approach to measure the local temperature homogeneity based on the thermal properties of bimetallic nanoparticles will support the future development of MEMS-based heating supports with improved thermal properties and in situ studies where high precision in the temperature at a certain position is required

Estimation of temperature homogeneity in MEMS-based heating nanochips via quantitative HAADF-STEM tomography

Sample holders for transmission electron microscopy (TEM) based on micro-electro-mechanical systems (MEMS) have recently become popular for investigating the behavior of nanomaterials under in situ or environmental conditions. The accuracy and reproducibility of these in situ holders are essential to ensure the reliability of experimental results. In addition, the uniformity of an applied temperature trigger across the MEMS chip is a crucial parameter. In this work, it is measured the temperature homogeneity of MEMS-based heating sample supports by locally analyzing the dynamics of heat-induced alloying of Au@Ag nanoparticles located in different regions of the support through quantitative fast high-angle annular dark-field scanning TEM tomography. These results demonstrate the superior temperature homogeneity of a microheater design based on a heating element shaped as a circular spiral with a width decreasing outwards compared to a double spiral-shaped designed microheater. The proposed approach to measure the local temperature homogeneity based on the thermal properties of bimetallic nanoparticles will support the future development of MEMS-based heating supports with improved thermal properties and in situ studies where high precision in the temperature at a certain position is required

Analysis of 3D elemental distribution in nanomaterials: Towards higher throughput and dose efficiency

Many advanced nanomaterials rely on carefully designed morphology and elemental distribution to achieve their functionalities. Among the few experimental techniques that can directly visualise the 3D elemental distribution on the nanoscale are approaches based on electron tomography in combination with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDXS) and electron energy loss spectroscopy (EELS). Unfortunately, these highly informative methods are severely limited by the fundamentally low signal-to-noise ratio, which makes long experimental times and high electron irradiation doses necessary to obtain reliable 3D reconstructions. Addressing these limitations has been the major research question for the development of these techniques in recent years. This short review outlines the latest progress on the methods to reduce experimental time and electron irradiation dose requirements for 3D elemental distribution analysis and gives an outlook on the development of this field in the near future