CN113262829A - 数字微流控芯片的液滴路径规划方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法及装置。该方法包括：获取芯片的温度信息和该芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。本公开实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划方法，通过实时获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息(包括位置信息和温度信息)，并通过梯度算法对液滴的目标移动路径进行规划，使得液滴能够不断沿着温度梯度大的方向前进，对数字微流控芯片进行自动冷却，可以实现针对芯片内部热点冷却的液滴最优路径规划和驱动控制，提高数字微流控芯片的冷却效率和冷却效果。
Description
技术领域
本公开涉及微流控技术领域，具体涉及一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法及装置。
背景技术
在电子器件日益高集成化和微型化趋势下，微电子设备的功率密度越来越高，高效散热成为各种高功率电子设备正常工作的重要保障。目前主流的芯片冷却方式有散热器风扇、热管、冷板等，但是这些散热方法普遍存在一些缺点，例如散热器件体积大、功耗高、无法实现精确定点冷却等。
数字微流控是一种以独立液滴为操控单元的微流体控制技术，通过对数字微流控芯片电极的一系列通断操作，可实现液滴位移、分离、混合等操作。van Erp等人在Nature发表的论文《Co-designing electronics with microfluidics for more sustainablecooling》中提出了基于微流体的嵌入式芯片冷却方式，冷却性能大大提高，这说明基于微流体的嵌入式冷却方案不仅可以使冷却设备体积减小，还能够降低冷却材料与芯片的热阻，实现芯片的高效散热。
数字微流控从诞生之初到如今的主要应用都集中在生物化学领域，实际上，数字微流控的应用范围十分广阔，其功耗低、体积小、可编程性、灵活度高等一系列特点使之受到许多研究者的青睐，经过一系列研究，数字微流控应用在芯片冷却领域的潜力逐渐被挖掘出来，Cheng等人在《Active thermal management of on-chip hot spots using EWOD-driven droplet microfluidics》以及Paik等人在《Adaptive Cooling of IntegratedCircuits Using Digital Microfluidics》中都提出了液滴可以通过数字微流控的控制到达指定目标冷却热点，且不需要额外的压力泵等高功耗设备。虽然目前数字微流控应用于电子芯片热点冷却的研究已有报道，但具体到液滴冷却路径方面的研究还有所空缺，仍处于起步阶段。王少熙等人在《基于数字微流控的芯片冷却模型与路径优化》中提出了运用蚁群算法对冷却液滴路径进行优化，这种方法可以获取液滴访问多个热点的最短路径，但无法规划前后两个热点之间的具体路径，如图1所示，在热点一到热点二之间的具体路径可以是路径一或路径二或其他可能的最短路径，另外该方法还难以适应实时变化的动态热点；因此该液滴冷却路径规划方法仍有待改进。
发明内容
本公开意图提供一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法及装置，以解决现有数字微流控芯片的液滴路径规划方法无法规划前后两个热点之间的具体路径的技术问题。
根据本公开的方案之一，提供一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法，包括：
获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；
根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
在一些实施例中，根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径，包括：
获取所述液滴所在的位置区域在所述液滴周围的各位置区域方向上的温度梯度；
将所述温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向；
将沿所述位移方向移动的路径确定为目标移动路径。
在一些实施例中，在根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径之前，所述方法还包括：
基于所述液滴的位置信息将所述液滴的后方位置区域确定为禁止访问区域，其中，所述液滴的后方位置区域为所述液滴朝向所述芯片的进口方向的位置区域。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当所述液滴的温度高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度时，将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径。
在一些实施例中，所述方法还包括：
若所述液滴移动至同一目标位置的次数大于一，则确定所述目标移动路径为非法路径。
在一些实施例中，所述方法还包括：
若至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合或单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，则确定所述目标移动路径为非法路径。
在一些实施例中，至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合，包括：
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的同一位置区域；或者，
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的相邻的位置区域。
在一些实施例中，单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，包括：
单个所述液滴周围不能同时存在至少两个通电的电极，其中，所述液滴由设于所述芯片的不同位置区域的电极驱动移动，每个所述位置区域分别设有一个所述电极。
在一些实施例中，在确定至少两个液滴同时移动存在相互融合或单个液滴存在分离之后，所述方法还包括：
对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，使所述目标移动路径合法。
根据本公开的方案之一，提供一种数字微流控芯片的液滴路径规划装置，包括：
获取模块，配置为获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；
确定模块，配置为根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
根据本公开的方案之一，提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令时实现上述的数字微流控芯片的液滴路径规划方法。
根据本公开的方案之一，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由处理器执行时，实现上述的数字微流控芯片的液滴路径规划方法。
本公开的各种实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划方法及装置，通过实时获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息(包括位置信息和温度信息)，并通过梯度算法对液滴的目标移动路径进行规划，使得液滴能够不断沿着温度梯度最大的方向前进，对数字微流控芯片进行自动冷却，可以实现针对芯片内部热点冷却的液滴最优路径规划和驱动控制，保证液滴传输的精确性，提高数字微流控芯片的冷却效率和冷却效果。
应当理解，前面的大体描述以及后续的详细描述只是示例性的和说明性的，并非对所要求保护的本公开的限制。
附图说明
在未必按照比例绘制的附图中，不同视图中相似的附图标记可以表示相似的构件。具有字母后缀的相似附图标记或具有不同字母后缀的相似附图标记可以表示相似构件的不同实例。附图通常作为示例而非限制地图示各种实施例，并且与说明书和权利要求书一起用于解释所公开的实施例。
图1示出了本公开实施例的数字微流控芯片的芯片几何模型示意图；
图2示出了本公开实施例的数字微流控芯片的液滴路径规划方法的流程图；
图3示出了本公开实施例的芯片几何模型中液滴的移动状态示意图；
图4示出了本公开实施例的芯片几何模型中液滴的另一移动状态示意图；
图5示出本公开实施例的数字微流控芯片的液滴路径规划装置的结构示意图；
图6示出本公开实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
图2示出了本公开实施例的数字微流控芯片的液滴路径规划方法的流程图。如图2所示，本公开实施例提供一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法，包括：
S101：获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息。
具体地，在步骤S101之前，先根据芯片的尺寸和划分状况构建芯片几何模型，其中，芯片尺寸是指数字微流控芯片的长度和宽度，芯片划分状况是指将数字微流控芯片划分为多个相同的几何区域(位置区域)，从而形成一个几何阵列。每个几何区域的底部均设置有一电极，各几何区域底部的电极组成电极阵列，用于驱动芯片上的液滴移动。
例如图1中，芯片尺寸可以用坐标来进行表示，以芯片的行为横坐标(X轴)，列为纵坐标(Y轴)构建直角坐标系，则芯片的右上角的坐标表示芯片尺寸，例如，将芯片左下角的坐标设为(0，0)，芯片右上角的坐标设为(15，15)，则表示该芯片是15*15的阵列。在每个几何区域的尺寸确定的情况下，芯片尺寸也可以用几何区域的数量进行表示，例如，芯片尺寸为15*15，表示数字微流控芯片中的几何区域是以15行15列的矩阵大小排列，共有225个几何区域，并采用225个几何区域坐标进行表示，如(5，6)代表位于第5列第6行的几何区域。
构建好芯片几何模型后，即确定出需要进行路径规划的芯片后，可以确定进入芯片的液滴的起点和终点，通常进入芯片的液滴可以为至少一个，且每个液滴的起点和终点不一定相同。每个液滴可以从任意起点出发，最终到达任意终点，液滴的起点和终点通常以几何区域坐标形式表示，例如，本实施例中，液滴的起点几何区域坐标为(1，1)，液滴的终点坐标为(1，15)。
具体实施中，优先选取位于芯片边缘的几何区域作为起点和终点，以使液滴能够从设于边缘的进口进入芯片，并被输送至起点；或者便于液滴从设于边缘的出口流出。
进一步地，可以以芯片的行的中线为界，将芯片的整个区域划分为芯片的前方位置区域和芯片的后方位置区域两个区域，其中，芯片的前方位置区域为芯片上包含芯片的出口的位置区域，芯片的后方位置区域为芯片上包含芯片的进口的位置区域。液滴的起点设置在所述芯片的后方位置区域，终点设置在所述芯片的前方位置区域，以使液滴能够从芯片的进口进入芯片，并从起点到终点进行非后向移动，然后从终点移动至芯片的出口流出。
获取芯片的温度信息是指从芯片几何模型上获取芯片表面不同位置的温度信息，本实施例中，可以获取芯片的不同几何区域的温度信息，每个几何区域分别连接一温度传感器，以分别检测每个几何区域的温度信息。
液滴的位置信息是指液滴当前所在的几何区域的具体位置，可以通过上述坐标获取；液滴的温度信息是指液滴自身的温度，可以通过与该几何区域连接的温度传感器间接获取。
本实施例中，在获取液滴的位置信息后，获取液滴的周围的几何区域的温度信息，将其作为步骤S101中所要获取的芯片的温度信息。当然，也可以获取芯片的全部几何区域的温度信息，本公开不具体限定。
本实施例中，液滴为冷却液滴，用于对芯片进行冷却。液滴的起点和终点可以根据检测到的各几何区域的温度确定。
在一些实施例中，在获取芯片的温度信息后，所述方法还包括：
根据所述芯片的温度信息判断所述液滴是否需要进入所述芯片进行冷却；
若所述芯片的温度大于预设的温度阈值，将所述液滴从所述芯片的进口输送至起点。
若芯片的温度大于该预设的温度阈值(例如55℃)，为防止芯片的温度过高烧坏或导致其性能下降，将冷却液滴从所述芯片的进口送入芯片，利用冷却液滴对芯片进行降温，所述起点为液滴冷却的起点；若芯片的温度小于或等于该预设的温度阈值，则无需将冷却液滴输送至芯片进行冷却，等待芯片通过热传导以及空气自然冷却即可。
上述起点可以为后方位置区域的所有起点中温度最高的几何区域。靠近芯片的进口的位置设有冷储液池，以为芯片提供冷却液滴；靠近芯片的出口的位置设有热储液池，以回收对芯片的不同位置区域进行冷却后升温的所述冷却液滴，以实现冷却液滴的循环利用。
可以理解的是，判断所述液滴是否需要进入所述芯片进行冷却时获取的芯片的温度信息可以是芯片的全部几何区域的温度信息，也可以是根据用户需要自定义的芯片的指定几何区域的温度信息，本公开不具体限定。液滴的起点和终点可以根据芯片中实时变化的动态热点确定。
S102：根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
其中，所述目标移动路径为所述液滴在所述芯片上从起点到终点的任意移动路径。
步骤S102具体包括如下步骤：
S1021：获取所述液滴所在的位置区域在所述液滴周围的各位置区域方向上的温度梯度；
S1022：将所述温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向；
S1023：将沿所述位移方向移动的路径确定为目标移动路径。
具体地，在获取液滴所在的位置区域的温度信息和液滴周围的位置区域的温度信息后，可以根据温度梯度公式GradT＝ΔT/Δx计算出所述液滴所在的位置区域在周围的各位置区域方向上的温度梯度，其中，ΔT为所述液滴周围的某个位置区域的温度与所述液滴所在的位置区域的温度的差值，Δx为所述液滴所在的位置区域与所述液滴周围的某个位置区域之间的距离。在计算出所述液滴所在的位置区域在周围的各位置区域方向上的温度梯度，可将各温度梯度形成的温度梯度场中温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向，进而将沿所述位移方向移动的路径确定为目标移动路径，使得液滴能够不断地沿着温度梯度大的方向前进移动，沿着目标移动路径移动对芯片的各动态热点依次进行冷却。
上述液滴周围的位置区域可以是与液滴所在的位置区域相邻的位置区域，也可以是与液滴所在的位置区域间隔一定位置的位置区域，可以根据实际需要确定，本公开不具体限定。
可以理解的是，随着液滴的移动，液滴的温度不断变化，液滴周围位置区域的温度也在不断变化，因此，基于温度梯度确定的液滴的位移方向也随着液滴的移动不断变化，直到液滴到达终点，液滴从起点至终点的整条移动路径即可确定下来。
本公开实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划方法，通过实时获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息(包括位置信息和温度信息)，并通过梯度算法对液滴的目标移动路径进行规划，使得液滴能够不断沿着温度梯度大的方向前进，对数字微流控芯片进行自动冷却，可以实现针对芯片内部热点冷却的液滴最优路径规划和驱动控制，保证液滴传输的精确性，提高数字微流控芯片的冷却效率和冷却效果。
在一些实施例中，在步骤S102根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径之前，所述方法还包括：
基于所述液滴的位置信息将所述液滴的后方位置区域确定为禁止访问区域，其中，所述液滴的后方位置区域为所述液滴朝向所述芯片的进口方向的位置区域。
具体地，当检测到液滴当前位于起点和终点之间的某一位置区域时，液滴的后方位置区域是指从液滴所在的行的位置区域至芯片第1行的位置区域之间的位置区域，例如，液滴当前的几何区域坐标为(5，6)，则第1行(包含)到第6行(不包含)之间的位置区域即为液滴的后方位置区域。
在获取液滴的位置信息后，将液滴的后方位置区域确定为禁止访问区域，可以保证液滴从当前所在的位置区域至终点的非后向移动，避免液滴朝向进口方向移动。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当所述液滴的温度高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度时，将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径。
具体地，在获取液滴的温度和液滴前方的所有位置区域的温度后，将液滴的温度信息和前方的所有位置区域的平均温度信息进行比较，以确定液滴是否具有冷却能力。
需要说明的是，当检测到液滴当前位于起点和终点之间的某一位置区域时，液滴前方的所有位置区域是指从液滴所在的行的位置区域至芯片最后一行的位置区域，例如，液滴当前的几何区域坐标为(5，6)，则第6行(包含)到第15行(包含)之间的位置区域即为液滴前方的所有位置区域。
若所述液滴的温度信息小于前方所有位置区域的平均温度信息，可以确定液滴具有冷却能力，可以根据温度梯度使液滴移动至上述高于液滴温度的位置区域，以对芯片中较高温度的位置区域进行冷却。若所述液滴的温度信息大于前方所有位置区域的平均温度信息，可以确定该液滴无法对芯片的各位置区域进行冷却，即该液滴无冷却能力，因此，可以将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径，使得液滴尽快流出所述芯片，更换温度较低的液滴重新进行冷却，或者依靠芯片上的其他温度较低的液滴继续进行冷却，避免液滴反向传递热量至芯片，导致芯片温度升高造成损坏。
需要说明的是，液滴前方的所有位置区域包括与液滴处于同一行的位置区域，即包含液滴左方和右方的位置区域。由于本实施例中，禁止液滴向后方位置区域移动，因此，在获取温度信息时，无需获取液滴的后方位置区域的温度。
具体实施中，在液滴移动至每一目标位置时，均可检测液滴的温度信息及其前方、左方、以及右方位置区域的温度信息，并通过温度梯度公式求出液滴当前所在的位置区域的温度梯度，进而选择温度梯度最大的方向作为位移方向，实时规划所述液滴的目标移动路径。
本实施例中，在获取液滴的前方各位置区域的温度信息后，将前方各位置区域的平均温度与液滴的温度进行比较，确定是否需要计算液滴前方、左方、以及右方梯度并选择其中最大的方向移动液滴进行冷却，如此，可以减少计算量。
当芯片上仅有单个或少量个位置区域需要进行冷却时，可以直接根据液滴和上述位置区域之间的相对位置关系，确定最短路径，使液滴沿该最短路径移动至相应的位置区域，无需进行上述的目标移动路径，可以进一步提高液滴整个路径规划的效率。
在一些实施例中，所述方法还包括：
若所述液滴移动至同一目标位置的次数大于一，则确定所述目标移动路径为非法路径。
根据梯度算法，在液滴沿温度梯度大的方向从起点至终点移动的过程中，目标移动路径可以实时变化，在一具体实施中，当液滴通过第一目标移动路径移动至第一位置区域后，通过梯度算法计算出液滴继续移动时可以通过第二目标移动路径移动至第一位置区域，因此，可以确定第二目标移动路径为非法路径。即当液滴移动至同一目标位置的次数大于一时，存在非法路径，需要重新进行路径规划，或者在无法规划出目标移动路径时，将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径，使得液滴流出芯片。
在一些实施例中，所述方法还包括：
若至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合或单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，则确定所述目标移动路径为非法路径。
具体地，当芯片中存在至少两个液滴时，至少两个液滴沿各自的目标移动路径同时移动至对应的目标位置时不能发生相互融合，因此，需要对获得的各液滴的目标移动路径进行合法性检验，以确定各液滴根据各自的目标移动路径进行移动时是否会发生相互融合，若会发生相互融合，则确定目标移动路径为不可用的非法路径。类似地，单个液滴在芯片中移动时，也不能够进行分离。
其中，至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合，包括：
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的同一位置区域；或者
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的相邻的位置区域。
当不同的所述液滴沿各自的所述目标移动路径同时移动至同一位置区域时，可以确定不同的液滴会发生相互融合，因此，将同时移动至同一位置区域的不同液滴的目标移动路径确定为非法路径；当不同的所述液滴沿各自的所述目标移动路径同时移动至相邻的位置区域时，可以确定不同的液滴可能会发生相互融合，为有效防止不同的液滴融合，将同时移动至相邻位置区域的不同液滴的目标移动路径确定为非法路径。
由于液滴的移动是通过设于不同位置区域的电极的通、断电来进行驱动控制，即液滴朝向通电的电极所在的位置区域移动，因此，可以根据电极是否通、断电进行驱动来判断至少两个液滴是否会发生相互融合。具体地，在液滴移动的过程中，当检测到至少两个相邻的电极同时通电驱动时，可以确定至少两个相邻的电极的位置区域分别为不同液滴的目标位置，同一时刻不同的液滴会移动至与上述至少两个相邻的电极对应的至少两个相邻的位置区域，处于相邻的位置区域的至少两个液滴可能存在相互融合，因此，可以确定通过步骤S102确定出的各液滴的目标移动路径为非法路径，如果直接控制各液滴沿各自的目标移动路径移动，不同的液滴移动至某一或某些目标位置时可能会发生相互融合，无法使各液滴顺利移动至相应的终点。即当至少两个相邻的电极同时通电驱动时，可以确定至少两个液滴存在相互融合，通过步骤S102确定确定出的目标移动路径为非法路径。
另一些实施例中，如图3所示，可以通过判断通电的某一电极的四周是否同时存在至少两个液滴，来判断至少两个液滴是否会发生相互融合。例如，当通电的某一电极的四周同时存在液滴一和液滴二时，可以确定该电极的位置区域可能同时为液滴一和液滴二的目标位置，该电极会驱动液滴一和液滴二同时移动至该电极的位置区域，如此，液滴一和液滴二可能存在融合，因此，当通电的某一电极的四周同时存在至少两个液滴时，可以确定至少两个液滴存在相互融合，通过步骤S102确定出的目标移动路径为非法路径。再例如，当通电的某一电极的四周存在液滴一和液滴二时，如果存在液滴三，其目标移动路径恰好是所述电极或所述电极的周围，如此，当液滴三移动至该电极的位置区域后，可能会与相邻的液滴一或液滴二发生融合，因此，可以确定通过步骤S102确定确定出的液滴三的目标移动路径为非法路径。
类似地，一个液滴周围不能同时存在至少两个通电的电极，如图4所示，当一个液滴周围同时存在两个通电的电极时，说明两个通电的电极至少有一个可能为其他液滴的目标位置，该液滴周围有其他液滴正在向该液滴靠近，容易发生液滴融合，因此，可以确定将上述至少两个通电的电极的位置区域作为目标位置的液滴的目标移动路径为非法路径。
其中，单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，包括：
单个所述液滴周围不能同时存在至少两个通电的电极。
由于单个液滴位于芯片的某一位置区域，因此，可以通过电极的通、断电来判断单个液滴是否存在分离。如图4所示，当一个液滴周围同时存在两个通电的电极时，会导致无法确定该液滴的移动方向，液滴可能移动至电极一的位置区域，也可能移动至电极二的位置区域，甚至还有可能发生分离，即通过步骤S102确定的该液滴的目标移动路径存在多个分支路径，导致液滴无法准确按照既定的目标移动路径移动，因此，在确定单个液滴存在分离时，确定所述目标移动路径为非法路径。
可以理解的是，上述非法路径是指芯片上所有液滴的目标移动路径中存在无法使液滴移动至对应目标位置的非法路径(路径不可用)。
在一些实施例中，在确定至少两个液滴同时移动存在相互融合或单个液滴存在分离之后，所述方法还包括：
对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，使所述目标移动路径合法。
具体地，对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，包括：
A1：控制相邻的电极不同时通电；
A2：控制通电的电极周围的液滴数量最多为一个；
A3：控制一个液滴周围的通电电极数量最多为一个。
本实施例中，在液滴移动至每一目标位置时，均判断其是否会发生融合或分离，进而通过A1-A3对电极阵列中各电极的通、断电状态进行调整，可以保证通过步骤S102规划出的液滴的目标移动路径全部为可用的合法路径，在规划出目标移动路径后，通过控制相应的电极通、断电即可驱动液滴沿所述目标移动路径移动。
其中，通过A1和A2可以有效防止液滴融合，通过A3既可以防止液滴融合也可以防止液滴分离。
本公开实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划方法通过预先判断目标移动路径中是否存在非法路径，并在确定目标移动路径中存在非法路径时，对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，可以保证规划的目标移动路径均为合法路径，使得液滴能够沿着合法路径顺利移动至目标位置，有效提高液滴路径规划的效率。
在确定液滴周围无合法路径的情况下，将所述液滴停留在原地；在确定液滴周围有合法路径的情况下，在合法路径方向上选择所述温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向，直接规划出合法的目标移动路径。
在一具体实施中，以处于芯片几何模型中的某一液滴为例，对该液滴的路径规划进行说明，首先，判断所述液滴的温度是否高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度，若是，可以确定所述液滴没有能力对其前方位置区域进行冷却，可以使所述液滴直接通过最短路径离开，若否，可以确定该液滴有能力对其前方位置区域进行冷却，可以根据梯度算法规划该液滴的移动路径；然后，基于该液滴所在的位置区域确定液滴的禁止访问区域；之后，根据梯度算法规划所述液滴的目标移动路径，并通过判断该液滴是否会发生融合或分离，判断所述目标移动路径是否为非法路径，在所述目标移动路径为非法路径时，通过对电极阵列中各电极的通、断电状态进行调整，以保证通过步骤S102根据梯度算法规划出的目标移动路径均为合法路径，从而直接通过控制调整后的电极的通、断电即可使所述液滴沿所述目标移动路径移动。进一步地，在判断出根据梯度算法规划出的目标移动路径中包含所述液滴已访问的目标位置时，可以将包含该目标位置的目标移动路径剔除，从而避免所述液滴重复移动到同一个位置区域。
可以理解的是，上述判断所述液滴的温度是否高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度、确定所述液滴的禁止访问区域的步骤可以不分先后，且可以提前将所述液滴已访问的位置区域添加到禁止访问区域。
上述数字微流控芯片的液滴路径规划主要用于芯片上起点和终点之间的路径规划，当芯片的进口和液滴的起点、液滴的终点和芯片的出口之间存在多个可用路径时，可以根据最短位移或者最快移动等方法对芯片的进口和液滴的起点、液滴的终点和芯片的出口之间的移动路径进行规划，并使液滴在完成芯片冷却后快速流出，实现液滴的回收。
图5示出了本公开实施例的数字微流控芯片的液滴路径规划装置的结构示意图。如图5所示，本公开实施例提供一种数字微流控芯片的液滴路径规划装置，包括：
获取模块501，配置为获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；
确定模块502，配置为根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
本公开实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划装置，通过实时获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息(包括位置信息和温度信息)，并通过梯度算法对液滴的目标移动路径进行规划，使得液滴能够不断地沿着温度梯度大的方向前进，对数字微流控芯片进行自动冷却，可以实现针对芯片内部热点冷却的液滴最优路径规划和驱动控制，保证液滴传输的精确性，提高数字微流控芯片的冷却效率和冷却效果。
在一些实施例中，确定模块502具体配置为：
获取所述液滴所在的位置区域在所述液滴周围的各位置区域方向上的温度梯度；
将所述温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向；
将沿所述位移方向移动的路径确定为目标移动路径。
在一些实施例中，确定模块502还配置为：
在根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径之前，基于所述液滴的位置信息将所述液滴的后方位置区域确定为禁止访问区域。
在一些实施例中，确定模块502还配置为：
当所述液滴的温度高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度时，将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径。
在一些实施例中，确定模块502还配置为：
若所述液滴移动至同一目标位置的次数大于一，则确定所述目标移动路径为非法路径。
在一些实施例中，确定模块502还配置为：
若至少两个液滴同时移动存在相互融合或单个液滴存在分离，则确定所述目标移动路径为非法路径。
在一些实施例中，至少两个液滴同时移动存在相互融合，包括：
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的同一位置区域；或者，
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的相邻的位置区域。
在一些实施例中，单个液滴存在分离，包括：
单个所述液滴周围不能同时存在至少两个通电的电极，其中，所述液滴由设于所述芯片的不同位置区域的电极驱动移动，每个所述位置区域分别设有一个所述电极。
在一些实施例中，数字微流控芯片的液滴路径规划装置还包括调整模块503，配置为：
在确定所述目标移动路径为非法路径之后，对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，使所述目标移动路径合法。
由于本公开实施例提供的数字微流控芯片的液滴路径规划装置与本公开实施例中数字微流控芯片的液滴路径规划方法相对应，因此，基于本公开实施例中的数字微流控芯片的液滴路径规划方法，本领域的技术人员能够了解本公开实施例中数字微流控芯片的液滴路径规划装置具体实施方式以及其各种变化形式，在此对于该数字微流控芯片的液滴路径规划装置不再详细介绍。只要本领域所述技术人员实施本公开实施例中应用于的数字微流控芯片的液滴路径规划方法的数字微流控芯片的液滴路径规划装置，都属于本公开所欲保护的范围。
图6示出了本公开实施例的电子设备的结构示意图。如图6所示，本公开实施例提供一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器601和存储器602，所述存储器602用于存储计算机可执行指令，所述处理器601执行所述计算机可执行指令时实现如上述实施例所述的数字微流控芯片的液滴路径规划方法。
存储器602可能包括随机存取存储器(random access memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器CPU、网络处理器(networkprocessor，NP)等；还可以是数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由处理器执行时，实现如上述实施例所述的数字微流控芯片的液滴路径规划方法。
以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字微流控芯片的液滴路径规划方法，包括：
获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；
根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径，包括：
获取所述液滴所在的位置区域在所述液滴周围的各位置区域方向上的温度梯度；
将所述温度梯度最高的方向确定为所述液滴的位移方向；
将沿所述位移方向移动的路径确定为目标移动路径。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径之前，所述方法还包括：
基于所述液滴的位置信息将所述液滴的后方位置区域确定为禁止访问区域，其中，所述液滴的后方位置区域为所述液滴朝向所述芯片的进口方向的位置区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
当所述液滴的温度高于所述液滴前方的所有位置区域的平均温度时，将距离所述液滴的出口最短的路径确定为所述目标移动路径。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
若所述液滴移动至同一目标位置的次数大于一，则确定所述目标移动路径为非法路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
若至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合或单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，则确定所述目标移动路径为非法路径。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，至少两个液滴沿各自的所述目标移动路径移动时存在相互融合，包括：
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的同一位置区域；或者，
同一时刻不同的所述液滴移动至所述芯片的相邻的位置区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，单个液滴沿所述目标移动路径移动时存在分离，包括：
单个所述液滴周围不能同时存在至少两个通电的电极，其中，所述液滴由设于所述芯片的不同位置区域的电极驱动移动，每个所述位置区域分别设有一个所述电极。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在确定至少两个液滴同时移动存在相互融合或单个液滴存在分离之后，所述方法还包括：
对控制所述液滴的电极阵列的通、断电状态进行调整，使所述目标移动路径合法。
10.一种数字微流控芯片的液滴路径规划装置，包括：
获取模块，配置为获取芯片的温度信息和所述芯片上液滴的状态信息，其中，所述液滴的状态信息包括所述液滴的位置信息和温度信息；
确定模块，配置为根据所述芯片的温度信息和所述液滴的状态信息，通过梯度算法确定所述液滴的目标移动路径。
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