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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Mikromechanik. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Präzise Mechanik wurde bereits im XNUMX. Jahrhundert geboren – mit dem Aufkommen von Wand- und Tischuhren. Es erforderte keinen qualitativen Technologiesprung, da es traditionelle Methoden verwendete, aber nur in kleinerem Maßstab. Und auch heute noch können hier noch so kleine Details nach gängigen Standards gefertigt werden, mit den gleichen Werkzeugen und auf den gleichen Maschinen – wenn auch den präzisesten – mit den üblichen Methoden der Produktmontage. "Der Schlüssel hier ist vielleicht ein mechanisches Verarbeitungswerkzeug", schreibt Boris Ponkratov in der Zeitschrift Tekhnika-Youth. - Kameras, Audio- und Videogeräte, Laufwerke und Drucker für Personalcomputer, Kopierer - ganz zu schweigen von verschiedenen Spezialgeräten, z B. zum Verbinden von faseroptischen Kommunikationsleitungen. Allein die Lasermikrobearbeitung nimmt eine ganze Reihe ein, obwohl sie, das muss man gleich sagen, keine eigenständige Bedeutung hat: Hier gibt es wenige grundlegend neue Operationen. Grundsätzlich sprechen wir über das Löten von Mikroschaltkreisen und das Erstellen von Löchern in verschiedenen Formen (z. B. in Spinndüsen zur Gewinnung ultradünner Fasern aus Kunstharzen). Aber die wirklich revolutionäre technologische Umrüstung erfordert den nächsten Schritt - Mikromechanik.
Die Abmessungen mikromechanischer Bauelemente sind derart, dass kleine und ultrakleine Bauelemente nicht ausreichen, um sie herzustellen. Als Kriterium nehmen wir die Mindestgröße von Objekten, die diese Technologie manipulieren kann. Zur Vereinfachung des Bildes runden wir die Werte auf eine Größenordnung auf. Und wenn wir sie auf eine Skala bringen, erhalten wir eine Art Spektrum, in dem jede Technologie einen bestimmten "Bereich" einnimmt (ungefähre Mindestmaße sind in Millimetern angegeben): klassische Feinmechanik - 1, Lasermikrobearbeitung - 0,01, Mikromechanik und Mikroelektronik - 0,0001 , Nanotechnologie - 0,000001". Der Meilenstein ist wirklich fatal für alle Mechanismen - Entfernungen von weniger als 100 nm. Dann „schwächen“ sich die Gesetze der klassischen Mechanik merklich, und immer mehr zwischenatomare Kräfte, thermische Schwingungen und Quanteneffekte machen sich bemerkbar. Die Lokalisierung von Geräteelementen ist drastisch erschwert, das Konzept ihrer Bewegungsbahnen verliert an Bedeutung. Kurz gesagt, unter solchen Bedingungen kann man überhaupt nicht von "Mechanismen" sprechen, die aus "Details" bestehen. Die Mikromechanik hatte Glück: Sie konnte sich von Anfang an "auf den Schultern eines Riesen" niederlassen - der Mikroelektronik, von der sie eine praktisch fertige Technologie für die Massenproduktion erhielt. Schließlich liegt die bewährte und sich ständig weiterentwickelnde Technologie der komplexesten elektronischen Mikroschaltungen im gleichen Maßstabsbereich. Und genauso wie viele hundert fertige integrierte Schaltungen auf einem einzigen Siliziumwafer erhalten werden, hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, mehrere hundert mechanische Teile auf einmal herzustellen. Das heißt, um eine normale Massenproduktion zu etablieren. Silizium, das in der Mikroelektronik verwendet wird, ist zum Hauptmaterial für Mikromechanismen geworden. Außerdem hat sich hier eine wunderbare Möglichkeit eröffnet, beide Strukturen in einem komplexen, in einem einzigen technologischen Prozess zu erstellen. Solche Hybride erwiesen sich als so billig in der Herstellung, dass einige Beispiele schnell ihren Weg in die meisten kommerziellen Massenprodukte fanden, wie zum Beispiel der Silizium-Beschleunigungsmesser, der jetzt in eines der bekannten Autosicherheitssysteme, den aufblasbaren Sack, eingebaut wird.
Der Trägheitssensor dieses Instruments wurde von Richard Muller von der University of California entwickelt. Im Allgemeinen ist der Aufbau denkbar einfach: Ein Siliziumstab mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern wird über einem Loch im Siliziumsubstrat aufgehängt. Wenn eine Beschleunigung auftritt, beginnt der Stab mit einem daran angelegten elektrischen Potential zu vibrieren und induziert ein Signal, das von einem Mikroprozessor verarbeitet wird, der sich mehrere zehn Mikrometer in der Nähe befindet. Ein ausreichend starker Geschwindigkeitsabfall (im Moment des Aufpralls bei einem Unfall) wird sofort vom Beschleunigungsmesser aufgezeichnet und gibt einen Befehl zum Füllen des Airbags in der Mitte des Lenkrads aus, der den Fahrer vor den typischsten Verletzungen schützt - gegen das Lenkrad oder die Windschutzscheibe schlagen. Der japanische Konzern Toshiba hat einen elektromagnetischen Motor mit einem Durchmesser von 0,8 Millimetern und einem Gewicht von 4 Milligramm geschaffen. Seine Leistung ist natürlich gering, aber ausreichend für Miniaturroboter, deren Entwicklung jetzt von den führenden Unternehmen des Landes unter der allgemeinen Aufsicht des Ministeriums für Wirtschaft und Industrie hartnäckig vorangetrieben wird. Neben Toshiba spielen in diesem Programm die Konzerne Mitsubishi Electric und Hitachi die Hauptgeige. Die Länge der von ihnen entwickelten Roboter reicht von einem Zentimeter bis zu mehreren Millimetern. Eine Person schluckt eine Kapsel mit einem solchen Gerät, und nach der Auflösung ihrer Hülle beginnt das Gerät, den Funksignalen und dem darin eingebetteten Programm zu gehorchen, sich unabhängig durch die Blutgefäße, den Magen-Darm-Trakt und andere Wege zu bewegen. Miniaturroboter sind für die Diagnostik, die Durchführung von Mikrooperationen und die Abgabe von Medikamenten genau wie beabsichtigt und zum richtigen Zeitpunkt konzipiert. Sie sollen auch zur Reparatur und zum Austausch von Batterien in künstlichen Organen eingesetzt werden. Das deutsche Unternehmen Microtek hat bereits einen Prototyp eines neuartigen medizinischen Instruments entwickelt - ein Miniatur-"U-Boot" zum Schwimmen durch Blutgefäße. Unter der Leitung eines Arztes kann sie einige Operationen durchführen. Diese in sich geschlossene Sonde ist 4 mm lang und hat einen Durchmesser von 0,65 mm. Es hat keinen Motor, die Schraube wird von einem externen variablen Magnetfeld angetrieben, wodurch es Geschwindigkeiten von bis zu einem Meter pro Stunde erreichen kann. Zukünftig wird die Mikrosonde mit einer Schneide ausgestattet, um Cholesterinplaques von den Wänden der Blutgefäße zu entfernen. Er wird in der Lage sein, die Medizinkapseln an die richtige Stelle zu tragen. Es wird auch eine andere Option vorgeschlagen - Ultraschallgeneratoren auf solchen Mikrogeräten zu platzieren. Durch die Durchleuchtung der Organe des Patienten von innen erhalten Ärzte Informationen, die der konventionellen Diagnostik verschlossen bleiben. Auch ein paar bescheidenere, aber nützliche Kleinstgeräte haben Anwendung gefunden – zum Beispiel ein direkt ins Lager eingebauter Drehzahlmesser oder interne Sensoren für Blutdruck, Herzfrequenz, Blutzucker und andere Körperparameter, die per Funksignal Informationen nach außen übermitteln. Autor: Musskiy S.A.
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