マイクロメカニックス。発明と生産の歴史

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マイクロメカニックス。発明と生産の歴史

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正確な力学はXNUMX世紀に生まれました-壁掛け時計と置時計の出現で。従来の方法を使用していたため、定性的な技術的飛躍は必要ありませんでしたが、規模は小さかっただけです。そして今日、ここの細部がどんなに小さくても、製品を組み立てる通常の方法を使用して、同じツールと同じマシン（最も正確なものではありますが）で作業し、共通の標準に従って製造することができます。

ボリス・ポンクラトフ氏は、テクニカ・ユース誌で、「ここで鍵となるのは、おそらく、機械的な処理ツールです。カメラ、オーディオおよびビデオ機器、パソコン用のディスクドライブとプリンター、コピー機など、さまざまな特殊機器は言うまでもありません。たとえば、光ファイバー通信回線の結合などです。

レーザーマイクロマシニングだけで全範囲を占めていますが、すぐに言う必要がありますが、それには独立した重要性はありません。根本的に新しい操作はほとんどありません。基本的には、マイクロ回路のはんだ付けとさまざまな形状の穴の作成について話しています（たとえば、合成樹脂から極細繊維を得るための紡糸口金で）。しかし、真に革新的な技術の再装備には、次のステップであるマイクロメカニクスが必要です。

マイクロメカニックス
顕微鏡下でのマイクロミラーマトリックス

マイクロメカニカルデバイスの寸法は、小型デバイスや超小型デバイスでは十分に作成できないほどの大きさです。基準として、このテクノロジーが操作できるオブジェクトの最小サイズを採用しています。図を単純化するために、値を一桁に丸めます。そして、それらをスケールスケールに置くと、各テクノロジーが特定の「範囲」を占める一種のスペクトルが得られます（おおよその最小寸法はミリメートル単位で与えられます）：古典的な精密機械 - 1、レーザーマイクロマシニング - 0,01、マイクロメカニクスとマイクロエレクトロニクス - 0,0001 、ナノテクノロジー - 0,000001"。

距離が 100 nm 未満の場合、マイルストーンはあらゆるメカニズムにとって本当に致命的です。次に、古典力学の法則が著しく「弱まり」、ますます多くの原子間力、熱振動、および量子効果が感じられます。デバイス要素のローカリゼーションは非常に困難であり、それらの動きの軌跡の概念はその意味を失います。つまり、そのような状況では、「詳細」からなる「メカニズム」はまったく語れません。

マイクロメカニクスは幸運でした。最初から、大量生産のための実質的に既製の技術を受け取ったマイクロエレクトロニクスである「巨人の肩に」落ち着くことができました。結局のところ、最も複雑な電子マイクロ回路の実証済みで常に開発されている技術は、同じ範囲のスケールにあります。そして、XNUMX 枚のシリコンウエハー上に何百もの既製の集積回路が得られるように、一度に数百の機械部品を作成できることが判明しました。つまり、通常の大量生産を確立することです。

マイクロエレクトロニクスで使用されるシリコンは、マイクロメカニズムの主要な材料になりました。さらに、単一の技術プロセスで両方の構造を複雑に作成する素晴らしい機会がここに開かれました。このようなハイブリッドは非常に安価に製造できることが証明されたため、一部の例は、現在よく知られている自動車の安全システムの XNUMX つであるインフレータブルバッグに取り付けられているシリコン加速度計など、最も大量生産された商用製品にすぐに採用されました。

マイクロメカニックス
加速度計の物理モデル: a - 物理モデルの設計: 1 - 固定本体。 2 - ハウジングに固定されたスプリング。 3 - 慣性質量。 b - モデルに作用する力

この装置の慣性センサーは、カリフォルニア大学のリチャード・ミュラーによって設計されました。一般的に言えば、設計は非常に単純です。直径数ミクロンのシリコンロッドが、シリコン基板に開けられた穴の上に吊り下げられています。加速が発生すると、電位が印加されたロッドが振動し始め、数十ミクロン近くにあるマイクロプロセッサによって処理される信号が誘導されます。十分に急激な速度低下 (事故の衝撃の瞬間) は、加速度計によって即座に記録され、ステアリングホイールの中央にあるエアバッグに充填するコマンドを発行します。これにより、最も典型的な怪我からドライバーを保護します。 - ハンドルやフロントガラスにぶつかる。

日本企業の東芝は、直径 0,8 ミリメートル、重さ 4 ミリグラムの電磁モーターを作成しました。もちろんその威力は小さいが、経済産業省総括のもと、国内の有力企業が頑固に開発を進めている小型ロボットとしては十分だ。東芝のほか、三菱電機、日立製作所がメインバイオリンを担当。彼らが開発するロボットの長さは、センチメートルから数ミリまでさまざまです。人はそのようなデバイスでカプセルを飲み込み、そのシェルが溶解した後、無線信号とそれに埋め込まれたプログラムに従って、デバイスは血管、胃腸管、およびその他の経路を通って独立して動き始めます。

ミニチュアロボットは、診断、マイクロオペレーション、および医薬品の配送のために、意図したとおりに適切なタイミングで設計されています。また、人工臓器の電池の修理や交換にも使用されることが期待されています。

ドイツのマイクロテック社は、血管の中を泳ぐための小型の「潜水艦」である新しいタイプの医療器具のプロトタイプをすでに作成しています。医師の指示の下、彼女はいくつかの手術を行うことができます。この自己完結型プローブは、長さ 4 mm、直径 0,65 mm です。エンジンはなく、スクリューは外部の可変磁場によって駆動されるため、時速 XNUMX メートルまでの速度に達することができます。

将来的には、血管壁からコレステロールプラークを除去するためのカッターがマイクロプローブに装備される予定です。彼は薬のカプセルを適切な場所に運ぶことができます。このようなマイクロデバイスに超音波発生器を配置するという別のオプションも提案されています。患者の臓器を内側から半透明にすることで、医師は従来の診断ではアクセスできない情報を受け取ることができます。

いくつかの控えめながらも有用なマイクロデバイスも応用されています。たとえば、ベアリングに直接組み込まれた回転速度計や、血圧、心拍数、血糖値、および無線信号によって情報を外部に送信するその他の身体パラメーター用の内部センサーです。

著者：Musskiy S.A.

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