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:

▪ Автоматические межпланетные станции Вояджер

▪ Книгопечатание

▪ Видеоигры

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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Прирученный дисплей 06.03.2008 Немецкие инженеры создали дисплей, изображениями на котором можно манипулировать издалека. Чтобы человек, который стоит перед большим экраном, мог бы перелистывать на нем странички презентации или поворачивать изображение, не прибегая к помощи мышки, инженеры из Фраунгоферовского института телекоммуникаций оснастили этот экран видеокамерами. Они внимательно следят за человеком, и в тот момент, когда он начинает двигать пальцами, компьютер реагирует согласно заложенной программе. "Сначала компьютер определяет положение указательного пальца пользователя, а затем следит за его перемещением", - рассказывает руководитель работы Пауль Хоеки. В результате компьютер понимает, что человек указывает на ту или иную кнопку или перемещает какой-то объект по экрану. С помощью жестов компьютеру можно скомандовать повернуть объект, увеличить его или уменьшить. И все это без специальных перчаток и вообще без какой-либо подготовки, поскольку язык жестов интуитивно понятен и человеку, и машине. По мнению авторов работы, созданное ими оборудование и программы пригодятся не только во время лекций в больших аудиториях. В число возможных способов использования входят фотоальбомы, справочные терминалы, видеоигры и многие другие устройства, где прямой контакт человека с компьютером нежелателен. Есть место для него и в умном доме. Наконец-то можно будет управлять телевизором не только не вставая с дивана, но и безо всяких пультов управления, в которых постоянно садятся батарейки. Это справедливо и для радиоприемника в автомобиле.

Другие интересные новости:

▪ Игровые мониторы Acer Predator 480 Гц

▪ Автомобильные шины следят за своим износом

▪ Часы Casio в стилистике сериала Stranger Things

▪ Линза, имитирующая радужную оболочку человека

▪ Лондон пьет морскую воду

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Моделирование. Подборка статей

▪ статья Чтоб больше поэтов хороших и разных. Крылатое выражение

▪ статья Что такое гипс? Подробный ответ

▪ статья Бармен. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Из опыта постройки TRX RA3AO. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Направленный ответвитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026