Микромеханика

МикромеханикаТочная 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-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 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

Инерционный датчик этого прибора спроектирован Ричардом Мюлпе-ром 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 "Тоши-бы" 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