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物理學家使用原子力顯微鏡（AFM）獲得極小物質的“圖像”。原子力顯微鏡在本質上是一種微型機械探頭，探頭在樣本表面移動，發射出的光束的移動被記錄下來，并轉換為樣本表面的可見圖像（或剖析圖）。

通過把原子力顯微鏡與觸覺設備連接，操作人員可以直觀地控制顯微鏡探頭的移動。操作人員手部的動作會被縮小數百萬倍，并施加到探頭上。光束可以對無窮小力作出反應，光束的偏差會被放大數百萬倍，然后反饋到操作人員的手部。

這種觸覺納米操縱系統可以讓操作人員感應到操作過程中樣本的實際運動。不同的操作模式適用于不同的應用領域，例如：碳納米管采用接觸式納米操控；硅顆粒采用非接觸式操控。除了納米操控本身，觸覺納米操縱系統還可以記錄操控過程中的全部信號，便于對納米力學實驗進行量化解析。