微机械。发明和生产的历史

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精确的机械学诞生于 XNUMX 世纪 - 随着挂钟和台钟的出现。它不需要质的技术飞跃，因为它使用传统方法，但只是规模较小。而今天，无论这里的细节有多小，它们仍然可以按照通用标准制造，使用相同的工具和相同的机器——尽管是最精确的机器——使用通常的产品组装方法。

Boris Ponkratov 在 Tekhnika-Youth 杂志上写道：“这里的关键可能是一种机械加工工具。”——相机、音频和视频设备、个人电脑的磁盘驱动器和打印机、复印机——更不用说各种特殊设备，例如，用于连接光纤通信线路。

仅激光微加工就占据了整个范围，尽管必须马上说，它没有独立的意义：这里几乎没有根本上的新操作。基本上，我们谈论的是焊接微电路和制造各种形状的孔（例如，在喷丝头中从合成树脂中获得超细纤维）。但真正的革命性技术改造需要下一步——微机械。

微力学
显微镜下的微镜矩阵

微机械设备的尺寸使得小型和超小型设备不足以制造它们。作为标准，我们采用该技术能够操作的最小对象尺寸。为了简化图片，我们将值四舍五入到一个数量级。将它们放在比例尺上，我们得到一种光谱，其中每种技术都占据一定的“范围”（近似最小尺寸以毫米为单位）：经典精密机械 - 1，激光微加工 - 0,01，微机械和微电子 - 0,0001 ，纳米技术 - 0,000001"。

这一里程碑对于任何机制来说都是真正致命的——距离小于 100 nm。然后经典力学定律明显“弱化”，越来越多的原子间力、热振动和量子效应开始显现。设备元素的定位非常困难，它们运动轨迹的概念失去了意义。总之，在这种情况下，根本谈不上由“细节”构成的“机制”。

Micromechanics 是幸运的：从一开始，它就设法在“巨人的肩膀上”找到了一份工作——微电子，从它那里获得了一种几乎现成的大规模生产技术。毕竟，最复杂的电子微电路经过验证且不断发展的技术处于相同的规模范围内。正如在单个硅晶片上获得数百个现成的集成电路一样，一次制造数百个机械部件是可能的。即建立正常的批量生产。

用于微电子的硅已成为微机械的主要材料。此外，这里提供了一个绝佳的机会，可以在一个复杂的、单一的技术过程中创建这两种结构。事实证明，这种混合动力车的生产成本非常低，以至于一些例子很快就进入了批量生产的商业产品中，例如现在安装在著名的汽车安全系统之一充气袋上的硅加速度计。

微力学
加速度计的物理模型：a-物理模型的设计：1-固定体； 2——弹簧固定在壳体内； 3——惯性质量； b - 作用在模型上的力

该仪器的惯性传感器由加利福尼亚大学的 Richard Muller 设计。一般来说，这个设计非常简单：一根直径为几微米的硅棒悬挂在硅衬底上的一个孔上方。当加速度发生时，施加有电势的杆开始振动并感应出一个信号，该信号由位于附近数十微米的微处理器处理。加速度计会立即记录足够急剧的速度下降（事故中的撞击时刻），并发出指令以填充方向盘中心的安全气囊，从而保护驾驶员免受最典型的伤害- 撞到方向盘或挡风玻璃。

日本公司东芝制造了一种直径为 0,8 毫米、重量为 4 毫克的电磁马达。当然，它的功率很小，但对于微型机器人来说已经足够了，目前在经济和工业部的全面监督下，该国的领先公司正在顽固地追求微型机器人的发展。除了东芝，三菱电机和日立公司在这个节目中演奏主要的小提琴。他们开发的机器人长度从一厘米到几毫米不等。一个人会用这样的装置吞下一个胶囊，在它的外壳溶解后，该装置遵循无线电信号和嵌入其中的程序，将开始独立地通过血管、胃肠道和其他途径移动。

微型机器人专为在正确的时间按预期进行诊断、微操作和药物输送而设计。它们还有望用于修复和更换人造器官中的电池。

德国公司 Mikrotek 已经制造了一种新型医疗器械的原型——一种用于在血管中游泳的微型“潜水艇”。在医生的指导下，她能够进行一些手术。这种独立的探头长 4 毫米，直径 0,65 毫米。它没有发动机，螺杆由外部可变磁场驱动，可达到每小时一米的速度。

将来，微探针将配备一个切割器，用于从血管壁上去除胆固醇斑块。他将能够将药丸带到正确的地方。还提出了另一种选择——将超声波发生器放置在这种微型设备上。从内部透出患者器官的半透明，医生将接收到在传统诊断中仍然无法获得的信息。

一些更普通但有用的微型设备也得到了应用——例如，直接内置在轴承中的转速计或用于测量血压、心率、血糖和其他身体参数的内部传感器，这些传感器通过无线电信号将信息传输到外部。

作者：Musskiy S.A.

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