Бесплатная техническая библиотека

Микромеханика. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Точная механика родилась еще в XVII веке - с появлением стенных и настольных часов. Она не потребовала качественного технологического скачка, поскольку использовала традиционные приемы, но только в более мелких масштабах. И сегодня, как ни малы здесь детали, их еще можно изготовлять по общим стандартам, работая теми же инструментами и на тех же станках - пусть самых прецизионных, - применяя обычные способы сборки изделий.

"Ключевым тут является, пожалуй, механический обрабатывающий инструмент, - пишет в журнале "Техника - молодежи" Борис Понкратов. - Его возможности и ставят пределы миниатюризации. Но в этих пределах точная механика переживает ныне бурный расцвет. Она все шире внедряется в самую массовую продукцию - фотоаппараты, аудио- и видеотехнику, дисководы и принтеры для персональных компьютеров, ксероксы - не говоря уж о различном специальном оборудовании, например, для состыковки волоконно-оптических линий связи.

Лазерная микрообработка одна занимает целый диапазон, хотя, надо сразу сказать, самостоятельного значения не имеет: принципиально новых операций тут немного. В основном речь идет о пайке микросхем и создании отверстий различной формы (скажем, в фильерах для получения сверхтонких волокон из синтетических смол). Зато настоящего революционного технологического перевооружения требует следующий шаг - микромеханика.

Микрозеркальная матрица под микроскопом

Размеры микромеханических устройств таковы, что для их создания недостаточно малых и сверхмалых устройств. В качестве критерия возьмем минимальные размеры объектов, с которыми способна манипулировать данная технология. Для упрощения картины округлим величины с точностью до порядка. И нанеся их на масштабную шкалу, получим своего рода спектр, где каждая технология занимает определенный "диапазон" (примерные минимальные размеры даны в миллиметрах): классическая точная механика - 1, лазерная микрообработка - 0,01, микромеханика и микроэлектроника - 0,0001, нанотехнология - 0,000001".

Рубеж поистине роковой для любых механизмов - расстояния менее 100 нм. Тогда заметно "слабеют" законы классической механики, и все больше дают себя знать межатомные силы, тепловые колебания, квантовые эффекты. Резко затрудняется локализация элементов устройств, теряет смысл понятие траекторий их движения. Короче, в подобных условиях вообще нельзя говорить о "механизмах", состоящих из "деталей".

Микромеханике повезло: ей с самого начала удалось устроиться "на плечах гиганта" - микроэлектроники, получив от нее практически готовую технологию массового производства. Ведь отработанная и постоянно развивающаяся технология сложнейших электронных микросхем лежит в том же диапазоне масштабов. И точно так же, как на одной пластинке кремния получают многие сотни готовых интегральных схем, оказалось возможным делать разом несколько сот механических деталей. То есть наладить нормальное массовое производство.

Кремний, используемый в микроэлектронике, стал основным материалом и для микромеханизмов. Тем более что здесь открылась замечательная возможность создавать и те и другие структуры в комплексе, в едином технологическом процессе. Производство таких гибридов оказалось настолько дешевым, что некоторые образцы быстро нашли применение в производстве самой массовой коммерческой продукции, например, кремниевый акселерометр, которым теперь снабжена одна из известных систем безопасности в автомобилях - надувной мешок.

Физическая модель акселерометра: а -конструкция физической модели: 1 -н еподвижный корпус; 2 -пружина, закрепленная в корпусе; 3 -инерционная масса; б -силы, действующие на модели

Инерционный датчик этого прибора спроектирован Ричардом Мюллером из Калифорнийского университета. В общих чертах конструкция предельно проста: кремниевый стерженек диаметром в несколько микрон подвешен над отверстием, проделанным в кремниевой же подложке. Когда возникает ускорение, стерженек с подведенным к нему электрическим потенциалом начинает вибрировать и индуцирует сигнал, поступающий на обработку в микропроцессор, расположенный в десятке микрон по соседству. Достаточно резкое падение скорости (в момент удара при аварии) мгновенно фиксируется акселерометром, и он выдает команду на наполнение воздушной подушки в центре рулевого колеса, предохраняющей водителя от самой типичной травмы - удара о руль или ветровое стекло.

Японская корпорация "Тошиба" создала электромагнитный двигатель диаметром 0,8 миллиметра и весом 4 миллиграмма. Мощность его, разумеется, невелика, но достаточна для миниатюрных роботов, разработкой которых сейчас упорно занимаются ведущие компании страны под общим руководством министерства экономики и промышленности. Помимо "Тошибы" главную скрипку в этой программе играют корпорации "Мицубиси электрик" и "Хитачи". Длина разрабатываемых ими роботов - от сантиметра до нескольких миллиметров. Человек будет заглатывать капсулу с таким устройством, и после растворения ее оболочки аппарат, повинуясь радиосигналам и вложенной в него программе, начнет самостоятельное движение по кровеносным сосудам, желудочно-кишечному тракту и другим путям.

Миниатюрные роботы предназначены для диагностики, проведения микроопераций, для доставки лекарств точно по назначению и в нужное время. Их предполагают использовать также для ремонта и смены батарей у искусственных органов.

Немецкая фирма "Микротек" уже создала прототип медицинского инструмента нового типа - миниатюрную "подводную лодку" для плавания по кровеносным сосудам. Под управлением врача она способна выполнять некоторые операции. Длина этого автономного зонда - 4 миллиметра, а диаметр - 0,65 миллиметра. Двигателя у него нет, винт приводится во вращение с помощью внешнего переменного магнитного поля, которое позволяет развивать скорость до одного метр в час.

В дальнейшем микрозонд оснастят фрезой для снятия холестериновых бляшек со стенок сосудов. Он сможет переносить капсулы с лекарством в нужное место. Предлагается и еще один вариант - размещать на таких микроаппаратах генераторы ультразвука. Просвечивая органы пациента изнутри, врачи получат информацию, остающуюся недоступной при обычной диагностике.

Нашли применение и еще несколько скромных, но полезных микроприборов - например, встроенный непосредственно в подшипник измеритель скорости вращения или внутренние датчики артериального давления, сердечного ритма, содержания сахара в крови и других параметров организма, передающие информацию наружу радиосигналом.

Автор: Мусский С.А.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Линза и очки

▪ Паровая машина

▪ Штрихкод

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Растения сигнализируют об опасности вулканической активности 17.06.2025

Извержения вулканов - одни из самых разрушительных природных явлений, и своевременное их предсказание является важной задачей для защиты жизни и имущества людей. Современные технологии позволяют отслеживать сейсмическую активность, тепловые аномалии и газовые выбросы, однако ученые из разных стран продолжают искать новые, более ранние признаки приближающейся опасности. Недавнее исследование команды под руководством вулканолога Николь Гвинн продемонстрировало необычный способ раннего обнаружения вулканической активности с помощью изменений в растительности вокруг вулкана Этна - одного из самых активных вулканов Европы. В ходе двухлетних наблюдений ученые выявили 16 случаев, когда увеличение содержания углекислого газа (CO2) в воздухе или почве совпадало с ростом показателя NDVI - нормализованного индекса растительности, отражающего интенсивность фотосинтеза и здоровье зеленых насаждений. Этот индекс широко используется для оценки густоты и жизнеспособности растительного покрова на сп ...>>

Магнит без использования полезных ископаемых 17.06.2025

Технологии все больше зависят от редких и дорогих материалов, добыча которых сопряжена с экологическими и геополитическими рисками. В связи с этим поиск альтернативных решений становится одной из важнейших задач науки и промышленности. Недавно американские ученые во главе с исследователем китайского происхождения Цзянь-Пин Ванг разработали магнит, изготовленный исключительно из железа и азота, который не содержит традиционных редкоземельных элементов. Это открытие может кардинально изменить подход к производству магнитных материалов и значительно снизить зависимость от нестабильных международных поставок. В отличие от широко используемых сегодня магнитов, содержащих редкие полезные ископаемые, такие как самарий и диспрозий, новый магнит отличается более простой и экологичной составной частью. По словам ученых, магнит, созданный из железа и азота, обладает силой магнитного поля, которая превосходит многие известные материалы на рынке. Это делает его перспективной заменой для постоянн ...>>

Скука полезна творческим людям 16.06.2025

Когда информационный поток непрерывно заполняет наше сознание, умение сделать паузу становится особенно важным. Именно в моменты кажущейся скуки мозг получает возможность перезагрузиться и активировать скрытые ресурсы, стимулирующие творческое мышление и саморефлексию. Ученые из Университета Саншайн-Кост в Австралии провели исследование, которое подтверждает, что короткие периоды скуки могут быть полезны для творческих людей и не только. Скука возникает в тот момент, когда способность человека удерживать внимание начинает снижаться, и активируется так называемая сеть пассивного режима мозга. Эта система отвечает за внутренние мысли и саморефлексию, в то время как активность исполнительной сети, которая обычно помогает сосредоточиться, заметно снижается. Таким образом, скука становится не просто неприятным ощущением, а своего рода переключателем, дающим мозгу возможность отдохнуть от постоянной концентрации. Современный ритм жизни сопровождается постоянной стимуляцией симпатическо ...>>

Случайная новость из Архива Ресторан начинается с телекамеры 11.03.2005 Клиент еще только подходит к ресторану и сам не знает, что выберет из меню, а на кухне уже готовят его заказ. Возможно ли такое? Возможно, если в ресторане работает "Боб". "Боб" - это название компьютерной системы для придорожных ресторанов быстрого питания, созданной в Пенсильвании (США). На крыше ресторана стоят видеокамеры, направляющие изображение подъезжающих машин и выходящих из них голодных клиентов в компьютер с программой распознавания изображений. Чтобы узнать, что закажет посетитель, используются два параметра - тип автомобиля и рост посетителя. Статистика говорит, что приехавший на грузовике или здоровенном джипе чаще всего берет гамбургер особо крупного размера и кофе. Подъехала большая "семейная" машина - ожидай заказа кусочков курятины в кляре, жареной картошки и пепси либо колы. Люди большого роста, подходящие к дверям ресторана, скорее всего, закажут гамбургеры, а людям маленького роста, то есть детям, надо готовить любимые детские блюда. Подсчитывается также число подъехавших автомобилей и выходящих из них клиентов, что позволяет прикинуть размеры заказа. Повара могут приготовить блюдо, не дожидаясь, пока клиент войдет в ресторан. Это экономит время ожидания и гарантирует, что блюдо будет горячим. Там же, в Пенсильвании, разрабатывается более совершенная программа, которая будет определять также возраст и пол посетителей по их лицам. Салаты и курятина более популярны у женщин, а гамбургеры - среди мужчин.

Другие интересные новости:

▪ MSP-EXP430FR6989 - расширенная отладочная плата для MSP430 с FRAM

▪ Лазерная вспышка датчику не помеха

▪ Поезд-гибрид

▪ Бифштексы из пробирки

▪ Акустика Microlab Н30BT с поддержкой NFC

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Антенны. Подборка статей

▪ статья Славянская распущенность. Крылатое выражение

▪ статья Какие горы священны? Подробный ответ

▪ статья Финансовый консультант. Должностная инструкция

▪ статья Простые часы-будильник на PIC16F84. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Линейный вход и выход в магнитоле и его доработка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025