마이크로 역학. 발명과 생산의 역사

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마이크로 역학. 발명과 생산의 역사

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정밀 역학은 벽시계와 탁상시계의 출현과 함께 XNUMX세기에 탄생했습니다. 전통적인 방법을 사용했기 때문에 질적 기술 도약이 필요하지 않았지만 소규모였습니다. 그리고 오늘날 여기에 있는 세부 사항이 아무리 작아도 일반적인 표준에 따라 제품을 조립하는 일반적인 방법을 사용하여 동일한 도구와 동일한 기계(가장 정확한 도구일지라도)로 작업하여 여전히 제조할 수 있습니다.

Boris Ponkratov는 Tekhnika-Youth 잡지에서 "여기의 핵심은 아마도 기계 처리 도구일 것입니다. - 카메라, 오디오 및 비디오 장비, 개인용 컴퓨터용 디스크 드라이브 및 프린터, 복사기 - 다양한 특수 장비는 말할 것도 없고 예를 들어, 광섬유 통신 회선을 연결하는 데 사용됩니다.

레이저 미세 가공만으로도 전체 범위를 차지하지만, 즉시 말해야 하지만 독립적인 의미는 없습니다. 여기에는 근본적으로 새로운 작업이 거의 없습니다. 기본적으로 우리는 미세 회로를 납땜하고 다양한 모양의 구멍을 만드는 것에 대해 이야기하고 있습니다(예: 합성 수지에서 초박형 섬유를 얻기 위한 방사구에서). 그러나 진정한 혁명적 기술 재장비에는 다음 단계인 미세 역학이 필요합니다.

미세 역학
현미경 아래의 마이크로미러 매트릭스

미세 기계 장치의 치수는 소형 및 초소형 장치가 이를 생성하기에 충분하지 않을 정도입니다. 기준으로 이 기술이 조작할 수 있는 최소 개체 크기를 사용합니다. 그림을 단순화하기 위해 값을 반올림합니다. 그리고 그것들을 스케일 스케일에 넣으면 각 기술이 특정 "범위"(대략적인 최소 치수는 밀리미터로 표시됨)를 차지하는 일종의 스펙트럼을 얻습니다. , 나노기술 - 1".

이정표는 100nm 미만의 모든 메커니즘에 대해 진정으로 치명적입니다. 그러면 고전 역학의 법칙이 눈에 띄게 "약해지고" 점점 더 많은 원자간 힘, 열 진동 및 양자 효과가 느껴집니다. 장치 요소의 위치 파악이 매우 어렵고, 이동 궤적의 개념이 의미를 잃습니다. 요컨대 그러한 조건하에서는 "세부사항"으로 구성된 "메커니즘"에 대해 전혀 말할 수 없습니다.

Micromechanics는 운이 좋았습니다. 처음부터 대량 생산을 위해 실질적으로 기성품 기술을받은 마이크로 전자 제품인 "거인의 어깨"에 정착했습니다. 결국, 가장 복잡한 전자 미세 회로의 입증되고 지속적으로 개발되는 기술은 동일한 범위의 스케일에 있습니다. 그리고 하나의 실리콘 웨이퍼에서 수백 개의 기성 집적 회로를 얻을 수 있는 것처럼 한 번에 수백 개의 기계 부품을 만드는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 정상적인 대량 생산을 확립하는 것입니다.

마이크로일렉트로닉스에 사용되는 실리콘은 마이크로메카니즘의 주요 소재가 되었습니다. 또한 단일 기술 프로세스에서 복합 구조에서 두 구조를 모두 생성할 수 있는 멋진 기회가 여기에서 열렸습니다. 이러한 하이브리드는 생산 비용이 매우 저렴하여 일부 예는 현재 잘 알려진 자동차 안전 시스템 중 하나인 공기 주입식 가방에 장착된 실리콘 가속도계와 같이 가장 대량 생산된 상용 제품에 빠르게 적용되었습니다.

미세 역학
가속도계의 물리적 모델: a - 물리적 모델의 설계: 1 - 고정 몸체; 2 - 하우징에 고정된 스프링; 3 - 관성 질량; b - 모델에 작용하는 힘

이 기기의 관성 센서는 캘리포니아 대학의 Richard Muller가 설계했습니다. 일반적으로 디자인은 매우 간단합니다. 직경이 수 마이크론인 실리콘 막대가 실리콘 기판에 만들어진 구멍 위에 매달려 있습니다. 가속이 발생하면 전위가 인가된 막대가 진동하기 시작하고 이웃에 있는 수십 마이크론에 위치한 마이크로프로세서에 의해 처리되는 신호를 유도합니다. 충분히 급격한 속도 저하(사고 시 충돌 시)가 가속도계에 의해 즉시 기록되고 스티어링 휠 중앙에 에어백을 채우라는 명령을 내림으로써 운전자를 가장 일반적인 부상으로부터 보호합니다. 운전대나 앞유리를 치는 것.

일본 기업 도시바(Toshiba)는 직경 0,8mm, 무게 4mg의 전자기 모터를 만들었습니다. 물론 그 위력은 작지만 경제산업부의 총괄 감독 하에 국내 유수의 기업들이 완강히 개발을 추진하고 있는 소형 로봇에는 충분하다. Toshiba 외에도 Mitsubishi Electric 및 Hitachi 기업이 이 프로그램에서 메인 바이올린을 연주합니다. 그들이 개발하는 로봇의 길이는 센티미터에서 수 밀리미터입니다. 사람은 그러한 장치로 캡슐을 삼키고 껍질이 용해 된 후 무선 신호와 내장 된 프로그램에 따라 장치가 혈관, 위장관 및 기타 경로를 통해 독립적으로 움직이기 시작합니다.

미니어처 로봇은 진단, 미세 조작 및 의약품 전달을 위해 의도한 대로 정확하게 적시에 설계되었습니다. 그들은 또한 인공 장기의 배터리를 수리하고 교체하는 데 사용될 것으로 예상됩니다.

독일 회사 Microtek은 이미 혈관을 통해 수영하기 위한 소형 "잠수함"인 새로운 유형의 의료 기기의 프로토타입을 만들었습니다. 의사의 지시에 따라 그녀는 일부 수술을 수행할 수 있습니다. 이 독립형 프로브는 길이 4mm, 직경 0,65mm입니다. 엔진이 없으며 나사는 외부 가변 자기장에 의해 구동되어 시간당 최대 XNUMX미터의 속도에 도달할 수 있습니다.

미래에 마이크로 프로브에는 혈관벽에서 콜레스테롤 플라크를 제거하기 위한 커터가 장착될 것입니다. 그는 약 캡슐을 올바른 장소로 운반할 수 있을 것입니다. 이러한 마이크로 장치에 초음파 발생기를 배치하는 또 다른 옵션도 제안됩니다. 내부에서 환자의 장기가 반투명하므로 의사는 기존 진단에서 접근할 수 없는 정보를 받게 됩니다.

더 겸손하지만 유용한 몇 가지 마이크로 장치도 응용 프로그램을 찾았습니다. 예를 들어, 베어링에 직접 내장된 회전 속도 측정기 또는 혈압, 심박수, 혈당 및 무선 신호를 통해 정보를 외부로 전송하는 기타 신체 매개변수용 내부 센서가 있습니다.

저자: Musskiy S.A.

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로봇이 군복을 꿰맬 것이다 22.06.2012

국방 과학 기관 DARPA는 프로세스를 완전히 자동화하여 의류 제조에 혁명을 일으키기를 원합니다.

펜타곤은 봉제 과정을 완전히 자동화하기 위한 개념을 개발하기 위해 1,25만 달러의 보조금을 제공했습니다. 초기에는 미국에서 연간 약 4억 달러를 지출하는 군복을 군에 제공하는 과정을 완전히 바꿔놓을 것이며, 앞으로 이 신기술은 민간 상업 시장에까지 확산되어 봉제 분야에서 가장 큰 혁명을 일으키게 될 것이다. 바늘이 발명된 이후로 자동화된 라인은 개발도상국의 수천 명의 재봉사를 고용하지 않고도 엄청난 양의 값싼 옷을 생산할 수 있을 것입니다.

다양한 과학기술 분야의 비약적인 발전에도 불구하고 옷을 재봉하려면 여전히 많은 수작업이 필요합니다. 대부분의 경우 지구상에서 가장 가난한 사람들이 이 고된 일에 연루되어 일에 대한 대가로 단 한 푼도 받습니다. 미군만을 위한 군복을 만드는 계약자들은 50만 명이 넘는 노동자들의 거의 무료 노동력을 사용합니다. 또한 연간 수백만 달러를 버는 프로 운동선수들은 방글라데시와 같은 나라의 가난한 아이들이 만든 옷을 과시합니다. 동시에 많은 국가의 상점에서 의류 비용이 매우 높습니다.

펜타곤은 재봉사 로봇의 첫 프로토타입을 개발한 일부 회사의 성공에 고무되었습니다. 예를 들어, DARPA 보조금인 SoftWear Automation Inc.는 직물 구조를 매우 정밀하게 모니터링하여 올바른 방향으로 이동하고 올바른 순서로 바느질하는 유망한 자동화 시스템을 개발했습니다. SoftWear Automation의 개념에 따르면, 직렬 재봉사 로봇에는 미래 의류의 개별 섹션을 식별할 수 있는 머신 비전과 직물 조각을 캡처하기 위한 조작기가 장착됩니다.

로봇은 간단한 "퍼즐"을 풀고 흡입 컵을 사용하여 재봉틀 바늘 아래에 올바른 순서로 천을 놓습니다. 출력물은 의류의 완성품이 될 것이며 현대적인 컴퓨터 모델링 기술을 사용하여 디자인을 쉽게 변경할 수 있습니다. 개발자들에 따르면 자동화된 재봉 시스템은 군대에 수십억 달러를 절약할 수 있을 것이며 중국이나 매우 낮은 인건비로 다른 어떤 나라보다 저렴한 비용으로 옷을 재봉할 수 있을 것이라고 합니다.

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