Мікромеханіка. Історія винаходу та виробництва

Безкоштовна технічна бібліотека

ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Мікромеханіка. Історія винаходу та виробництва

Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Коментарі до статті

Точна механіка народилася ще в XVII столітті - з появою настінних і стінних годинників. Вона не зажадала якісного технологічного стрибка, оскільки використовувала традиційні прийоми, але лише у дрібніших масштабах. І сьогодні, як не малі тут деталі, їх ще можна виготовляти за загальними стандартами, працюючи тими ж інструментами і на тих же верстатах - нехай найпрецизійніших, - застосовуючи звичайні способи збирання виробів.

"Ключовим тут є, мабуть, механічний обробний інструмент, - пише в журналі "Техніка - молоді" Борис Понкратов. - Його можливості і ставлять межі мініатюризації. Але в цих межах точна механіка переживає нині бурхливий розквіт. Вона все ширше впроваджується у наймасовішу продукцію - фотоапарати, аудіо- та відеотехніку, дисководи та принтери для персональних комп'ютерів, ксерокси - не кажучи вже про різне спеціальне обладнання, наприклад, для стикування волоконно-оптичних ліній зв'язку.

Лазерна мікрообробка одна займає цілий спектр, хоча, треба відразу сказати, самостійного значення не має: нових операцій тут небагато. В основному йдеться про паяння мікросхем та створення отворів різної форми (скажімо, у фільєрах для отримання надтонких волокон із синтетичних смол). Проте справжнього революційного технологічного переозброєння вимагає наступний крок - мікромеханіка.

Мікромеханіка
Мікродзеркальна матриця під мікроскопом

Розміри мікромеханічних пристроїв такі, що для їх створення недостатньо малих та надмалих пристроїв. Як критерій візьмемо мінімальні розміри об'єктів, з якими здатна маніпулювати цю технологію. Для спрощення картини округлі величини з точністю до порядку. І завдавши їх масштабній шкалі, отримаємо свого роду спектр, де кожна технологія займає певний "діапазон" (приблизні мінімальні розміри дано в міліметрах): класична точна механіка - 1, лазерна мікрообробка - 0,01, мікромеханіка і мікроелектроніка - 0,0001, нанотехнологія – 0,000001”.

Рубіж воістину фатальний для будь-яких механізмів - відстані менше 100 нм. Тоді помітно "слабшають" закони класичної механіки, і все більше дають знати міжатомні сили, теплові коливання, квантові ефекти. Різко утрудняється локалізація елементів пристроїв, втрачає сенс поняття траєкторій їхнього руху. Коротше, в подібних умовах взагалі не можна говорити про "механізми", що складаються з "деталей".

Мікромеханіці пощастило: їй від початку вдалося влаштуватися " на плечах гіганта " - мікроелектроніки, отримавши від неї практично готову технологію масового виробництва. Адже відпрацьована технологія найскладніших електронних мікросхем, що постійно розвивається, лежить у тому ж діапазоні масштабів. І так само, як на одній платівці кремнію отримують багато сотень готових інтегральних схем, виявилося можливим робити разом кілька сотень механічних деталей. Тобто налагодити нормальне масове провадження.

Кремній, що використовується в мікроелектроніці, став основним матеріалом для мікромеханізмів. Тим більше, що тут відкрилася чудова можливість створювати й ті та інші структури в комплексі, в єдиному технологічному процесі. Виробництво таких гібридів виявилося настільки дешевим, що деякі зразки швидко знайшли застосування у виробництві наймасовішої комерційної продукції, наприклад кремнієвий акселерометр, яким тепер забезпечена одна з відомих систем безпеки в автомобілях - надувний мішок.

Мікромеханіка
Фізична модель акселерометра: а-конструкція фізичної моделі: 1-н нерухомий корпус; 2-пружина, закріплена в корпусі; 3-інерційна маса; б -сили, що діють на моделі

Інерційний датчик цього приладу спроектовано Річардом Мюллером із Каліфорнійського університету. Загалом конструкція гранично проста: кремнієвий стрижень діаметром у кілька мікрон підвішений над отвором, виконаним у кремнієвій підкладці. Коли виникає прискорення, стрижень з підведеним до нього електричним потенціалом починає вібрувати і індукує сигнал, що надходить на обробку мікропроцесор, розташований в десятці мікрон по сусідству. Досить різке падіння швидкості (у момент удару при аварії) миттєво фіксується акселерометром, і він видає команду на наповнення повітряної подушки в центрі кермового колеса, що оберігає водія від типової травми - удару об кермо або вітрове скло.

Японська корпорація "Тошиба" створила електромагнітний двигун діаметром 0,8 міліметра та вагою 4 міліграми. Потужність його, зрозуміло, невелика, але достатня для мініатюрних роботів, розробкою яких зараз уперто займаються провідні компанії під загальним керівництвом міністерства економіки та промисловості. Крім "Тошиби" головну скрипку у цій програмі грають корпорації "Міцубісі електрик" та "Хітачі". Довжина розроблюваних ними роботів – від сантиметра до кількох міліметрів. Людина буде заковтувати капсулу з таким пристроєм, і після розчинення її оболонки апарат, підкоряючись радіосигналам і вкладеної в нього програмі, почне самостійний рух кровоносних судин, шлунково-кишкового тракту та інших шляхів.

Мініатюрні роботи призначені для діагностики, проведення мікрооперацій, для доставки ліків точно за призначенням та у потрібний час. Їх припускають використовувати також для ремонту та зміни батарей у штучних органів.

Німецька фірма "Мікротек" вже створила прототип медичного інструменту нового типу - мініатюрний "підводний човен" для плавання кровоносними судинами. Під керуванням лікаря вона здатна виконувати деякі операції. Довжина цього автономного зонда – 4 міліметри, а діаметр – 0,65 міліметра. Двигуна у нього немає, гвинт приводиться у обертання за допомогою зовнішнього змінного магнітного поля, що дозволяє розвивати швидкість до одного метра на годину.

Надалі мікрозонд оснастять фрезою для зняття бляшок холестерину зі стінок судин. Він зможе переносити капсули з ліками у потрібне місце. Пропонується ще один варіант - розміщувати на таких мікроапаратах генератори ультразвуку. Просвічуючи органи пацієнта зсередини, лікарі отримають інформацію, що залишається недоступною при звичайній діагностиці.

Знайшли застосування ще кілька скромних, але корисних мікроприладів - наприклад, вбудований безпосередньо в підшипник вимірювач швидкості обертання або внутрішні датчики артеріального тиску, серцевого ритму, вмісту цукру в крові та інших параметрів організму, що передають інформацію назовні радіосигналом.

Автор: Муський С.А.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас:

▪ криголам

▪ Пляшковий автомат

▪ Реактивний двигун

Дивіться інші статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Штучний м'яз 08.08.2022

Вчені з Університету Аджу в Південній Кореї та фахівці з Samsung Electronics змогли створити потужний привід м'язів, який допоможе створювати сильніших роботів. Пристрій має масу всього 0,22 грама. Воно може піднімати предмети у 800 разів важче за себе.

Примітно, що новий привід можна легко виготовити. Експериментальний зразок має максимальне зусилля спрацьовування 300% при зовнішньому корисному навантаженні 80 кілограм.

Цей привід вже планують почати використовувати у різних додатках доповненої реальності, а також у робототехніці. Наприклад, з його допомогою можна покращити AR-окуляри.

А ось ціле поєднання кількох приводів можна використовувати для покращення сенсорних відчуттів у просторі віртуальної реальності.

Інші цікаві новини:

▪ Сонячний навіс із гнучкими панелями та світлодіодними ліхтарями

▪ Ігри у ляльки розвивають емпатію

▪ Ранній вихід на пенсію негативно впливає на мозок

▪ ІС покращеного драйвера для світлодіодної схемотехніки

▪ Китайська мова налаштовує дітей на музику

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Синтезатори частоти. Добірка статей

▪ стаття Західництво. Крилатий вислів

▪ стаття Де можна було відвідати церкву Святого Джеймса Бонда? Детальна відповідь

▪ стаття Бригадир на ділянках основного виробництва Посадова інструкція

▪ стаття Принцип роботи електронного лічильника. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Зв'язуються хустки. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт