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:

▪ Механические часы

▪ Орбитальная космическая станция

▪ Аэрозольный баллон

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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Новая профессия - космошахтер 19.09.2018 Несмотря на все сложности, НАСА методично готовится к добыче полезных ископаемых в космосе. Специально для этого "Колорадская горная школа" объявила набор на курсы подготовки космошахтеров. По оценкам специалистов НАСА, общая стоимость полезных ископаемых, которые можно извлечь из малых космических тел, составляет порядка 100 миллиардов долларов на одного жителя нашей планеты. Это колоссальное количество ценных металлов и материалов разбросано по 780 000 астероидов, которые есть в нашей Солнечной системе. До большинства из них добраться будет очень сложно, но солидная часть циркулирует в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Именно на этот пояс в первую очередь нацелились в НАСА. По прогнозам сотрудников организации, уже к 2030 году в космосе может начаться настоящая "золотая лихорадка". Другие организации тоже активно думают о том, как сорвать куш на космической добыче. Исследовательский и учебный университет "Колорадская горная школа" с этой целью открывает курсы космических шахтеров. Студентов на курсах познакомят с основами геомеханики, солнечной и ядерной энергетики и металлургии, способам ведения добычи, а также извлечения ценных веществ из руды. В списке дисциплин будут астрофизика, робототехника и основы конструирования космических аппаратов. Университет планирует выпустить первых космошахтеров через 5-8 лет - как раз к этому времени первые зонды для разведки астероидных недр должны быть запущены в космос.

Другие интересные новости:

▪ Гренландия всплывает

▪ Происхождение изумрудов

▪ EEPROM в новом миниатюрном корпусе

▪ Гибридный электронаддув

▪ Стандарт USB4 версии 2.0

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Как вас теперь называть? Крылатое выражение

▪ статья Какие звери в мифологии - не просто звери? Подробный ответ

▪ статья Культорганизатор. Должностная инструкция

▪ статья Автомобильный радиосторож. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулируемый трансформатор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026