我们主要介绍 机器人动力学和微纳电子设备中的力学问题。

机器人动力学

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2. 机器人的含义非常广泛，早期的机器人概念偏向与具有运动能力的智能体，近年来发展围绕智能化和运动能力两个中心展开。一方面，机器人可以认为是人工智能在人机交互方面的一个代名词，例如众多的人工智能助手，可以通过对自然语言语义的理解协助人类完成特定的工作。比如大家常用的手机语音助手，家里的天猫精灵，商场的导航机器人以及医院中的导航机器人。

3. 另一方面，机器人体现为多自由度的机械装置，通过自动化的程序完成特定的任务，例如工业机器臂、轮式、履带式或者足式的移动机器人。与轮式、履带式机器人相比，足式机器人移动速度较慢，载重量较小且稳定性较差，但是他们的腿可以方便的在沙滩、丛林和雪地等特殊环境中自由移动和穿行，腿足的运动能够更好的适应复杂地形环境。

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4. 我们主要介绍足式机器人，实现运动平衡控制的基本实现路径，包括动力学建模、反馈控制和最优控制。包括机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。人工智能在个别的领域取得了显著的进步，但是在应对开放、动态和随机的非结构化的复杂环境方面依然存在巨大的鸿沟。慢动作分解，拿起桌子上笔的过程。

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5. 人们熟知的是给定作用在物体上的力，来计算物体的运动状态的变化。控制问题相当于是他的反问题。为了解决这个问题，我们需要一定的刚体动力学和反馈控制的基本知识。刚体机构是一种理想化的力学模型，保留物体质量和外形，认为外力的作用仅导致运动状态变化，而忽略变形带来的复杂影响。在动漫和电脑游戏中，大量使用多刚体机构模型来刻画角色的运动姿态。如，可以惟妙惟肖地用24个交接在一起的刚体机构运动来描述一条狗的运动，在刚体的外面附加上动物的外形后，可以实现以假乱真。通过大量的运动捕获装置获取演员的身体姿态，通过结合刚体运动和贴图技术，生成虚拟的阿凡达角色的运动姿态。仅当需要考虑面部表情时，才通过连续体大变形理论建立阿凡达和演员面部的映射。

根据牛顿第二定律和动量矩定理，可以得到运动学方程为。

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6. 动力学系统控制器的一个重要应用是，让不稳定的系统在外力的作用下保持稳定。鸟类的飞行是一个反馈闭环控制的过程：（1）由大脑（控制器）发出控制命令；（2）由飞行肌（驱动器）执行响应命令，实现身体按照一定姿态的飞行；（3）有感知器官（传感器）实时感知自身姿态与周围环境，并将状态信息不断反馈给大脑，形成决策。

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反馈控制的基本想法：比较当前状态与目标状态，根据两者之间的差对控制量进行修正。控制量通常是指驱动力，最简单的反馈控制是图中式子，所代表的开关控制。开关控制的优点是，控制器构造简单，没有需要调节的参数。另外一类在工程上应用广泛的是PID控制，其中的积分项可以保证误差总是趋向于零。其中的比例系数可以根据响应快慢的需求来进行设定。

7. 首先，我们来看一个控制系统的流程，把我们前面的2小节的知识回顾下。另外，我们来看看波士顿动力公司开发的机器人的演化历史。大家稍后可以总结看看，这些年的发展历史中，有哪些方面的变化？好的，关于机器人动力学，我们就了解到这里。

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8. 世界机器人大会，人工智能在教育、医疗、金融、城市和服务等行业有着非常广泛的应用。

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微纳电子设备

9. 接下来，我们来看与我们生活息息相关的微纳电子设备。关于微纳电子设备，大家有了解过或者听说过这个概念的吗？有了解的话，可以跟我们详细说说看。我们这次的课程主要介绍电子封装、爆米花效应、范德华力、布朗运动。

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10. 首先，我们需要清楚，微纳尺寸，是一个什么样的尺寸。随着尺寸的减小，研究对象的性质是成比例的从宏观现象变化吗？实际上，研究对象的性质，并不是成比例的进行变化。比如，那时候，材料之间的变化，会是分子间力在主导；另外，我们想把螺栓从螺母上拧下来很难，因为这时候重力已经不起作用了。在植物和动物中，多级结构都是广泛存在的。例如植物表面和动物纤维结构。

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11. 我们再来看看各类电子设备中芯片的微纳结构是什么样的。

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12. 我们来看看2min的短视频。芯片是如何制造出来的。1. 打造硅晶圆；2. 光刻；3. 搭建结构。4.封装。制备工艺很复杂。我们主要来看最后一步，分装过程，以及芯片运行过程中的一些力学问题。

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13. 微纳电子器件是处于微米级和纳米级尺度的电子器件，是集成电路的重要组成部分，集成电路是通过一系列特定的加工工艺将晶体管等各种类型的微纳器件用电路集成在一起的电路系统。微纳电子器件涉及到众多学科的知识和技术，力学是其中之一，最具代表性的是封装问题。封装是指，提供给集成电路功率、连接、冷却、保护、支撑以及人机接口的方法或装置。包括为机电系统提供适当的驱动电源和电连接、有效的散热及组件保护功能等。

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14. 微纳电子器件，需要面对各类失效问题，也要面对热管理及应力和应变问题。我们首先介绍其中的爆米花效应。在封装过程中，如果由于潮湿条件使器件和电路板之间不慎有少量水分存在，那么封装焊接过程中的高温就会使得这些水分迅速转化为大量气体，过高的蒸汽压力可能造成封装塑料与它上面的器件发生分离，从而损伤或者破坏器件，甚至造成封装好的集成电路发生臌胀或者爆裂。这种现象发生时，常常伴有爆米花般的声响，因此被称为爆米花效应。避免方式，防潮，密封和烘烤。

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15. 在力学中，长度相关性是表征作用力的最基本特征量。在物体密度不变的情况下，体力（惯性力、电磁力）与长度的立方成正比，表面力（粘性力、表面张力）与长度的平方成正比。因此，当物体处于宏观尺度时，体力对其起主导作用。而在微纳电子器件中，其特征尺寸迅速下降，体力的作用就大幅度减小，而表面力的作用则增大，甚至在宏观情况下通常可以忽略的力变得显著起来，例如，范德华力，布朗力。

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16. 我们来看看范德华力，范德华力由色散力（是分子的瞬时偶极间的作用力），诱导力（分子的固有偶极和诱导偶极间的作用力）和取向力（分子的固有偶极间的作用力）三部分组成。范德华力是非常普遍的现象。是范德华在1873年提出的，是中性分子彼此距离非常近时产生的微弱电磁力，也叫分子间力，大小随距离增加成几何级数递减。

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17. 我们来看另外一个重要的表面力，布朗力。是一种热运动，能够导致流体分子对其环绕的微小粒子产生碰撞，并产生相应的推力和阻力，随机碰撞产生的力被称为布朗力。墨水滴到纸上时的现象大家都见过。但是，布朗运动对微纳器件是否带来好处，还是坏处呢？实际上，因为微纳机电系统机构非常的微小，并具有许多狭窄的导流通道，所以极易受到周围气体或液体分子的布朗力冲击，进而影响各种电信号的平稳传递。布朗力是大多数微纳机电系统中噪声的根源。

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18. 结论

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任何学习的过程，都不会是一帆风顺的。坚持不懈，找到自己热爱的事物，并快乐地前行是每个人所希望的。