Mikromechanika. Historia wynalazku i produkcji

Bezpłatna biblioteka techniczna

HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Darmowa biblioteka / Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Mikromechanika. Historia wynalazku i produkcji

Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Komentarze do artykułu

Mechanika precyzyjna narodziła się już w XVII wieku - wraz z pojawieniem się zegarów ściennych i stołowych. Nie wymagała jakościowego skoku technologicznego, gdyż wykorzystywała tradycyjne metody, ale tylko na mniejszą skalę. A dziś, bez względu na to, jak małe są tu detale, nadal można je wytwarzać według utartych standardów, pracując z tymi samymi narzędziami i na tych samych maszynach – choć najbardziej precyzyjnych – stosując zwykłe metody montażu produktów.

„Kluczem jest być może narzędzie do obróbki mechanicznej” – pisze Boris Ponkratov w czasopiśmie „Tekhnika-Youth” – aparaty fotograficzne, sprzęt audio i wideo, dyski i drukarki do komputerów osobistych, kopiarki – nie wspominając o różnym sprzęcie specjalnym, m.in. na przykład do łączenia światłowodowych linii komunikacyjnych.

Sama mikroobróbka laserowa zajmuje cały zakres, choć trzeba od razu powiedzieć, że nie ma ona niezależnego znaczenia: jest tu niewiele fundamentalnie nowych operacji. Zasadniczo mówimy o lutowaniu mikroukładów i tworzeniu otworów o różnych kształtach (na przykład w dyszach do uzyskiwania ultracienkich włókien z żywic syntetycznych). Ale prawdziwe rewolucyjne ponowne wyposażenie technologiczne wymaga następnego kroku - mikromechaniki.

mikromechanika
Matryca mikrolustra pod mikroskopem

Wymiary urządzeń mikromechanicznych są takie, że do ich tworzenia nie wystarczą małe i ultramałe urządzenia. Jako kryterium przyjmujemy minimalny rozmiar obiektów, którymi ta technologia jest w stanie manipulować. Aby uprościć obraz, zaokrąglamy wartości do rzędu wielkości. I umieszczając je na skali, otrzymujemy rodzaj widma, w którym każda technologia zajmuje pewien „zakres” (przybliżone minimalne wymiary podano w milimetrach): klasyczna mechanika precyzyjna – 1, mikroobróbka laserowa – 0,01, mikromechanika i mikroelektronika – 0,0001 , nanotechnologia - 0,000001".

Kamień milowy jest naprawdę fatalny dla wszelkich mechanizmów - odległości poniżej 100 nm. Wtedy prawa mechaniki klasycznej zauważalnie „słabną”, a coraz więcej sił międzyatomowych, drgań termicznych i efektów kwantowych daje o sobie znać. Lokalizacja elementów urządzenia jest drastycznie trudna, pojęcie trajektorii ich ruchu traci sens. Krótko mówiąc, w takich warunkach nie można w ogóle mówić o „mechanizmach” składających się z „detali”.

Mikromechanika miała szczęście: od samego początku udało jej się osiąść „na ramionach giganta” - mikroelektroniki, otrzymując od niej prawie gotową technologię do masowej produkcji. W końcu sprawdzona i stale rozwijająca się technologia najbardziej złożonych mikroukładów elektronicznych leży w tym samym zakresie wag. I tak jak na jednej płytce krzemowej uzyskuje się setki gotowych układów scalonych, tak okazało się, że możliwe jest wykonanie kilkuset części mechanicznych na raz. To znaczy, aby ustanowić normalną produkcję masową.

Krzem, stosowany w mikroelektronice, stał się głównym materiałem dla mikromechanizmów. Co więcej, otworzyła się tu wspaniała możliwość tworzenia obu struktur w kompleksowym, jednym procesie technologicznym. Takie hybrydy okazały się tak tanie w produkcji, że niektóre przykłady szybko znalazły się w najbardziej masowo produkowanych produktach komercyjnych, takich jak akcelerometr krzemowy, obecnie montowany w jednym z dobrze znanych systemów bezpieczeństwa w samochodach, w nadmuchiwanej torbie.

mikromechanika
Model fizyczny akcelerometru: a - konstrukcja modelu fizycznego: 1 - korpus nieruchomy; 2 - sprężyna zamocowana w obudowie; 3 - masa bezwładna; b - siły działające na model

Czujnik bezwładnościowy tego instrumentu został zaprojektowany przez Richarda Mullera z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Ogólnie rzecz biorąc, projekt jest niezwykle prosty: krzemowy pręt o średnicy kilku mikronów zawieszony jest nad otworem wykonanym w krzemowym podłożu. Gdy następuje przyspieszenie, pręt z przyłożonym do niego potencjałem elektrycznym zaczyna wibrować i indukuje sygnał, który jest przetwarzany przez mikroprocesor znajdujący się w pobliżu kilkudziesięciu mikronów. Dostatecznie gwałtowny spadek prędkości (w momencie zderzenia w wypadku) jest natychmiast rejestrowany przez akcelerometr i wydaje polecenie napełnienia poduszki powietrznej na środku kierownicy, co chroni kierowcę przed najbardziej typowymi obrażeniami - uderzenie w kierownicę lub przednią szybę.

Japońska korporacja Toshiba stworzyła silnik elektromagnetyczny o średnicy 0,8 milimetra i wadze 4 miligramów. Jego moc jest oczywiście niewielka, ale wystarczająca dla miniaturowych robotów, których rozwój z uporem dążą obecnie czołowe firmy w kraju pod generalnym nadzorem Ministerstwa Gospodarki i Przemysłu. Oprócz Toshiby na skrzypcach w tym programie grają koncerny Mitsubishi Electric i Hitachi. Długość robotów, które rozwijają, waha się od centymetra do kilku milimetrów. Człowiek połknie kapsułkę z takim urządzeniem, a po rozpuszczeniu jej skorupy urządzenie, posłuszne sygnałom radiowym i wbudowanemu w nim programowi, zacznie samodzielnie poruszać się przez naczynia krwionośne, przewód pokarmowy i inne ścieżki.

Miniaturowe roboty przeznaczone są do diagnostyki, mikrooperacji i dostarczania leków dokładnie zgodnie z przeznaczeniem i we właściwym czasie. Mają też służyć do naprawy i wymiany baterii w sztucznych narządach.

Niemiecka firma Microtek stworzyła już prototyp nowego typu instrumentu medycznego – miniaturowej „łodzi podwodnej” do pływania w naczyniach krwionośnych. Pod kierunkiem lekarza jest w stanie wykonać niektóre operacje. Ta samodzielna sonda ma 4 mm długości i 0,65 mm średnicy. Nie posiada silnika, ślimak napędzany jest zewnętrznym, zmiennym polem magnetycznym, co pozwala na osiągnięcie prędkości do jednego metra na godzinę.

W przyszłości mikrosonda będzie wyposażona w nóż do usuwania blaszek cholesterolowych ze ścian naczyń krwionośnych. Będzie mógł przenieść kapsułki z lekami we właściwe miejsce. Proponowana jest również inna opcja - umieszczenie generatorów ultradźwięków na takich mikrourządzeniach. Prześwitujące od środka organy pacjenta, lekarze otrzymają informacje niedostępne w konwencjonalnej diagnostyce.

Kilka skromniejszych, ale użytecznych mikrourządzeń znalazło również zastosowanie - na przykład miernik prędkości obrotowej wbudowany bezpośrednio w łożysko lub wewnętrzne czujniki ciśnienia krwi, tętna, poziomu cukru we krwi i innych parametrów ciała, które przekazują informacje na zewnątrz za pomocą sygnału radiowego.

Autor: Musskiy S.A.

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas:

▪ elektrownia oceaniczna

▪ Silnik elektryczny

▪ Maszyna do szycia

Zobacz inne artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt 06.05.2024

Dźwięki, które otaczają nas we współczesnych miastach, stają się coraz bardziej przeszywające. Jednak niewiele osób myśli o tym, jak ten hałas wpływa na świat zwierząt, zwłaszcza na tak delikatne stworzenia, jak pisklęta, które nie wykluły się jeszcze z jaj. Najnowsze badania rzucają światło na tę kwestię, wskazując na poważne konsekwencje dla ich rozwoju i przetrwania. Naukowcy odkryli, że narażenie piskląt zebry rombowatej na hałas uliczny może spowodować poważne zakłócenia w ich rozwoju. Eksperymenty wykazały, że zanieczyszczenie hałasem może znacznie opóźnić wykluwanie się piskląt, a pisklęta, które się wykluwają, borykają się z szeregiem problemów zdrowotnych. Naukowcy odkryli również, że negatywne skutki zanieczyszczenia hałasem rozciągają się na dorosłe ptaki. Zmniejszone szanse na rozrodczość i zmniejszona płodność wskazują na długoterminowe skutki, jakie hałas drogowy wywiera na dziką przyrodę. Wyniki badania podkreślają taką potrzebę ... >>

Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

W świecie nowoczesnych technologii audio producenci dążą nie tylko do nienagannej jakości dźwięku, ale także do łączenia funkcjonalności z estetyką. Jednym z najnowszych innowacyjnych kroków w tym kierunku jest nowy bezprzewodowy system głośników Samsung Music Frame HW-LS60D, zaprezentowany podczas wydarzenia World of Samsung 2024. Samsung HW-LS60D to coś więcej niż tylko system głośników, to sztuka dźwięku w stylu ramki. Połączenie 6-głośnikowego systemu z obsługą Dolby Atmos i stylowej konstrukcji ramki na zdjęcia sprawia, że produkt ten będzie idealnym dodatkiem do każdego wnętrza. Nowa ramka Samsung Music Frame jest wyposażona w zaawansowane technologie, w tym Adaptive Audio zapewniający wyraźne dialogi na każdym poziomie głośności oraz automatyczną optymalizację pomieszczenia w celu uzyskania bogatej reprodukcji dźwięku. Dzięki obsłudze połączeń Spotify, Tidal Hi-Fi i Bluetooth 5.2, a także integracji inteligentnego asystenta, ten głośnik jest gotowy, aby zaspokoić Twoje ... >>

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Inteligencja emocjonalna pomaga ludziom zarabiać więcej 14.10.2017

Istnieje kilka systematycznych badań dotyczących związku między inteligencją emocjonalną (EQ) a sukcesem w pracy.

Naukowcy z University of Miami stworzyli unikalny model teoretyczny, który uwzględnia rolę EQ w sukcesie zawodowym.

Ekspertom udało się ustalić, że osoby z wysoką inteligencją emocjonalną starają się być jak najbardziej użyteczni i poszukiwani w swojej pracy.

Te założenia skłoniły autorów do zasugerowania, że inteligencja emocjonalna ma pozytywny wpływ na zarobki poprzez ścieżkę mentoringu. Ponieważ tacy ludzie są świadomi swoich potrzeb, inni lubią im pomagać, a oni sami nie odmawiają pomocy tym pracownikom i osobom, które oferują im swoją pomoc i wsparcie.

Osoby o wysokiej inteligencji emocjonalnej mają wystarczająco dobre relacje z różnymi kategoriami ludzi, dzięki czemu mogą tworzyć silne więzi ze swoimi mentorami. Naukowcy dodają, że poziom EQ może nie czyni cię bogatym, ale pomaga wspinać się po szczeblach kariery.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Generator zasilany powietrzem

▪ Super mocna folia z nanorurek węglowych

▪ Sztuczny lodowiec przeciwko globalnemu ociepleniu

▪ Nasiona klonu podwoją czas lotu dronów

▪ Miniaturowy odbiornik EagleTec

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja strony Historia technologii, technologii, obiektów wokół nas. Wybór artykułów

▪ artykuł Jestem dziwny, ale kto nie jest dziwny? Popularne wyrażenie

▪ artykuł Kto nosi wysokie obcasy, które nie mają tych obcasów? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł o anturium. Legendy, uprawa, metody aplikacji

▪ artykuł Licznik osób w pomieszczeniu sterującym oświetleniem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Gdzie jest klucz? Sekret ostrości. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn