news: Достижения кремниевой микромеханики

Сообщение №8483 от Alexander 26 января 2002 г. 16:29
Тема: news: Достижения кремниевой микромеханики

Ученые из американского исследовательского центра Национальные лаборатории Сандиа изготовили самую маленькую в мире «велосипедную» цепь.

Новинка - тоньше человеческого волоса (расстояния между центрами соседних звеньев около 50 мкм), изготовлена из кремния и содержит пятьдесят звеньев, поворачивающихся друг относительно друга на угол до 52 градусов. Такая подвижность позволяет привести в действие несколько механизмов, которые могут располагаться не на одной прямой. Цепь может передать крутящий момент без применения дополнительных поддерживающих шестеренок на расстояние в полмиллиметра.

Инженеры собираются использовать новинку для приведения в действие микромашин, чтобы сэкономить на количестве необходимых двигателей или вынести двигатель за пределы устройства.

Галактион Андреев
Компьютерра
25.01.2002

Связаны одной цепью


Отклики на это сообщение:

> Ученые из американского исследовательского центра Национальные лаборатории Сандиа изготовили самую маленькую в мире «велосипедную» цепь.

Teper' blohi budut ezdit' na velosipedah :))


> > Ученые из американского исследовательского центра Национальные лаборатории Сандиа изготовили самую маленькую в мире «велосипедную» цепь.

> Teper' blohi budut ezdit' na velosipedah :))

Микромеханика- теперь самое модное направление в микроэлектронике


Выдающиеся механические свойства цепочки, по мнению исследователей, позволят к тому же повысить мощность заслонок миниатюрных фотокамер, сконструировать точные микроскопические таймеры и другие устройства, предназначенные для нужд вычислительной техники и молекулярной биологии.

Расстояние между центрами тяжести звеньев составляет около 50 мкм. Применение такой цепи позволит отказаться от традиционных конфигураций микродвигателей, в которых каждое микроэлектромеханическое устройство оснащено отдельным независимым приводом, и где необходимо тесно располагать большое число микромоторов. По словам одного из инженеров лаборатории, Эда Вернона (владельца патента на кремниевую микроцепь), именно эти приводы "занимают бОльшую часть "недвижимости" на чипах". Вернон также предположил, что это изобретение можно будет использовать для управления затворами микрокамер и механической синхронизации.

В отличие от поршневых систем, здесь не требуется дискретных возвратно-поступательных движений. Наоборот, в механической системе, где в качестве привода используется цепь или ременная передача возможны как непрерывная, так и прерывистая передача энергии от мотора.

Выбор в данном конкретном случае пал именно на цепь, поскольку кремниевые ленты, будучи одновременно и гибкими и прочными, обладают также и существенной упругостью (растяжимостью), что приводит к передаче излишнего момента на шестерни, если они расположены не в линию. С другой стороны, каждое из звеньев цепи может составлять угол до 52 градусов по отношению к соседнему звену (в обе стороны), не создавая дополнительного давления на опору (шестерню). Это в значительной мере развязывает руки конструкторам в отношении взаимного расположения элементов MEMS. Без поддержки такая микроцепь может достигать 500 микрон. Для более длинных образцов требуется дополнительный натяжитель.

17.01.2002 22:04 | xTerra.ru, Phys.Web.Ru, А.П.Крашенинников

Связанные


Микроботы: технология будущего сегодня 

Автор:Киви Берд, kiwi@computerra.ru
Дата публикации:12.04.2002


Как невозможное становится «фактически неизбежным»

1Когда в 1980-х годах буревестник нанотехнологической революции Эрик Дрекслер начал публиковать книги и статьи с описанием своего видения будущего, реакция научного сообщества была крайне скептической. Целенаправленное создание новых и перестройка уже существующих молекулярных структур материи любыми способами, не входящими в противоречие с законами физики, спору нет, сулили невиданный прогресс в освоении природы, но уж слишком все это казалось далеким и фантастичным. Дрекслер писал, что человек, научившись манипулировать атомами с высочайшей точностью, радикально изменит производство практически всех нужных ему продуктов. В игольное ушко можно будет упаковать вычислительную мощь суперкомпьютера. Материалы с новой структурой, легкие, как перышко, и твердые, как алмаз, революционизируют транспорт и аэрокосмическую индустрию. Наконец, появятся медицинские инструменты, размером и точностью попадания в нужное место организма сопоставимые с молекулами, способные непосредственно воздействовать на возбудителя болезни. Еще один важнейший признак нанотехнологий - это чрезвычайно точные и безотходные методы изготовления продукции, исключающие загрязнение среды. Все это выглядело слишком уж хорошо, чтобы быть правдой. А посему многие ученые провозгласили, что возвещаемые Дрекслером технологические новации попросту невозможны.

Однако годы шли, технологии развивались своим чередом, и постепенно беспристрастный анализ стал все более подтверждать глубокую правоту Дрекслера. Стремительный прогресс технологий наиболее очевиден в компьютерной области: вычислительная мощь нарастает экспоненциально, а размеры мельчайших элементов электронных схем все глубже уходят в субмикронную область. Экстраполируя эти на редкость стабильные тенденции, легко показать, что если мы можем укладывать атомы в молекулярных компьютерах, то ничто не мешает проделывать то же самое и с прочими продуктами. Ныне у аналитиков, знакомых с ситуацией в области перспективных исследований и разработок, практически нет сомнений, что в обозримом будущем нанотехнологии «станут не только возможны, но и неизбежны». Уже в течение ближайших 10-20 лет появятся «наноботы», или нанотехнологические роботы, собирающие механизмы из отдельных молекул или атомов. Причем это будут не демонстрационные, а промышленные устройства.

Эрик Дрекслер в книге «Орудия творения», вышедшей в 1986 году, писал, что наноботы позволят преодолеть проблему «толстых пальцев» и манипулировать материей на нанометровом уровне, то есть на уровне молекул или молекулярных кластеров размером от 1 до 100 нанометров (10-9 -10-7 м; для сравнения, диаметр человеческого волоса - несколько десятков тысяч нанометров). Любые обычные 2инструменты слишком велики для работы с такими предметами, а значит, для построения нанообъектов потребуются специальные устройства сопоставимых размеров. И в настоящее время, вместе с созданием новых микротехнологических систем и автоматов, попутно создается и мощный задел для будущих сборщиков-наноботов.

MEMS-технологии и мини-роботы Сандиа

Многие эксперты склонны отсчитывать историю микротехнологий от знаменитой лекции нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана, прочитанной им в 1959 году перед Американским физическим обществом. Богатейшая фантазия Фейнмана и талант визионера позволили ему обрисовать потенциал микротехнологий в самых ярких красках: в его лекции были и крошечные компьютеры, и системы хранения данных, электронные компоненты и даже микроскопический инструментарий миниатюрных роботов. Но если пророчества Фейнмана в области микроэлектроники начали обрастать плотью очень быстро - уже в 1960-70-е годы, - то прогресс в электромеханических микросистемах шел гораздо медленнее. Лишь в 1980-е годы ведущие университеты и правительственные лаборатории начали осваивать сравнительно недорогие способы изготовления и сборки крошечных механических деталей, для чего была разработана технология микроэлектромеханических систем, или MEMS, использующая методы литографии и инструментарий полупроводниковой промышленности.

Фактически, понадобилось больше тридцати лет на то, чтобы появилось первое коммерческое приложение MEMS 1. Одной из первых MEMS-технологий, получивших повсеместное распространение, стали сенсоры ускорения, устанавливаемые сейчас практически во все современные автомобили для детектирования столкновения и выпуска защитных воздушных подушек. Массачусетская компания Analog Devices, изготовившая первые такие сенсоры в 1993 году, сейчас продает автомобилестроителям около 50 миллионов MEMS-чипов в год. Есть и еще целый ряд успешных MEMS-изделий, таких как головки микроструйных принтеров или сенсоры давления, которые компания Motorola сотнями миллионов поставляет медицинской и автомобильной промышленности. Или, скажем, цифровые проекторы высокого разрешения Texas Instruments, построенные на основе MEMS-массивов микрозеркал. За последние годы удалось достичь заметных успехов в изготовлении моторов, насосов и зажимов, сенсоров давления и смещения - короче, множества самых разных по назначению механических агрегатов, настолько малых, что их не видно невооруженным глазом. Однако запустить подобные продукты в массовое производство оказалось гораздо труднее, чем полагали оптимисты.

Сейчас самой перспективной областью внедрения MEMS принято считать телекоммуникации. Так, в конце 2000 года от Национальной лаборатории Сандиа, принадлежащей министерству энергетики США, отпочковалась частная компания MEMX, занимающаяся вопросами коммерческого применения создаваемых в лаборатории MEMS-технологий. Компания сфокусировалась в своей деятельности на оптических коммутаторах для оптоволоконных телекоммуникационных систем. В их основу положена фирменная технология Сандиа под названием SUMMiT V (от Sandia Ultraplanar Multilevel MEMS Technology). Это микромашинный процесс обработки поверхности чипа напылением и травлением, охватывающий пять независимых слоев поликристаллического кремния - четыре «механических» слоя для построения механизмов и один электрический для обеспечения межсоединений электросхемы. Технология позволяет доводить размеры механических элементов до 1 мкм.

Опыт, накопленный разработчиками Сандиа в миниатюризации электромеханических систем, помог создать и весьма эффектных микроскопических роботов (www.sandia.gov/isrc/ssm.html). Построенная в середине 1990-х годов модель автономного робота MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle) имела объем около 1 кубического дюйма, хотя робот почти целиком был изготовлен из коммерчески доступных компонентов. К 2000 году его размеры удалось уменьшить в четыре с лишним раза. Эта крошечная машина на гусеничном ходу имеет полимерный каркас, шесть колес, два электромотора, процессор с 8 Кбайт памяти, датчик температуры, микрофон, видеокамеру, химический сенсор и три батарейки от часов. Надо сказать, именно бытовые элементы питания помешали сделать устройство еще миниатюрнее. Машины планируется оборудовать системой беспроводной связи, после чего группа микророботов сможет объединяться для совместного решения задач под управлением центрального компьютера. По замыслу разработчиков, основной областью применения таких роботов может стать поиск и обезвреживание бомб и мин, опасных биологических и химических материалов. 3Благодаря малым размерам и высокой проходимости микророботы очень перспективны для решения разведывательных задач. Однако емкость современных батарей катастрофически мала, ее хватает лишь на преодоление десятка метров.

Роботы «сухие» и «мокрые»

Нанотехнологии, особенно наномедицина, развиваются в двух принципиально разных направлениях, условно именуемых «сухой нанотехнологией» в механической традиции и «мокрой нанотехнологией» в биологической традиции.

«Сухие нанотехнологии» чаще всего отталкиваются от уже имеющихся технологий - вроде сканирующих микроскопов, которые способны перемещать отдельные атомы и молекулы. Пока что, как правило, это выражается в форме своеобразных «нанограффити», то есть складывании из атомов собственных имен исследователей, названий их институтов или щедрых спонсоров, профинансировавших забаву. Но все такие эксперименты обычно ограничены плоскостью. Укладывание молекул друг на друга - следующая задача, которая, несомненно, будет решена в ближайшие годы.

Например, исследователями Гарвардского университета сконструирован первый «нанопинцет» общего назначения, использующий пару электрически управляемых углеродных нанотрубок (cmliris.harvard.edu). С помощью этого механизма удается манипулировать 300-нанометровыми кластерами полистироловых микросфер или извлекать единственный 20-нанометровый полупроводниковый провод из массы аналогичных перепутанных проводов. В ближайшем будущем ученые надеются создать столь малый нанопинцет, чтобы захватывать отдельные крупные молекулы. Но вот удастся ли с помощью подобных инструментов пойти дальше и начать создавать недорогие молекулярные машины? Пока уверенного ответа на этот вопрос нет.

Быть может, «мокрой нанотехнологии» следует сконцентрироваться на конструировании и модификации белковых молекул, знаменитых своими выдающимися способностями к самосбору. Многие ученые полагают, что ключ к прогрессу лежит именно здесь. Живые системы используют множество молекулярных машин, таких как молекулярные моторы. Поэтому логично попытаться приспособить к нашим потребностям уже имеющиеся в природе механизмы, используя их для приведения в движение крошечных насосов, рычагов и зажимов. Концепцию «мокрых наноботов» иногда именуют также микробиороботами.

Исследователям из Нью-Йоркского университета, избравшим «подход самосбора» (www.nyu.edu/projects/nanotechnology), удалось научиться генерировать комплементарные нити ДНК, которые объединяют себя в сложные структуры желаемой конфигурации. Так были выстроены кубы, восьмигранники и другие правильные фигуры, состоящие всего из нескольких тысяч нуклеотидов. Избрав аналогичный подход, ученые Корнелльского университета генетически модифицировали природный биомотор, в естественных условиях встречающийся в ферменте аденозинтрифосфатозе (ATPase). В результате был изготовлен первый гибридный наномотор с небиологическими элементами из 100-нанометровых полос азотистого кремния. Подобно микроскопическому пропеллеру, он вращается со скоростью 200 оборотов в минуту.

Как показывают предварительные оценки, механические системы в конечном счете смогут обеспечить более высокие скорости работы и большую эффективность управления нанороботом, нежели системы 4биологические. Однако важным преимуществом последних является то, что зачастую их функциональные компоненты можно частично или целиком брать из уже имеющихся естественных живых систем, тем самым существенно сокращая время разработки конкретной технологии.

Саморепликация и «серая слизь»

Итак, сама логика развития новой технологии диктует, что для построения нанообъектов требуются специальные устройства-сборщики нанометровых размеров. Как было показано выше, проблема эта отчасти преодолевается вместе с созданием новых инструментов микротехнологий, однако остается другая принципиальная проблема. При столь миниатюрных масштабах сборки для изготовления чего-то достаточно крупного и пригодного для использования человеком потребуются многие тысячи нанороботов, осуществляющих тысячи манипуляций в течение многих и многих дней, месяцев или даже лет.

Эта проблема решается созданием репликаторов - наноботов, создающих других наноботов, способных к самовоспроизведению. Таким образом, говорят энтузиасты нанотехнологий, можно кардинально ускорить процессы производства. Беда же в том, что от идеи репликаторов многие люди начинают чувствовать себя крайне неуютно. Вплоть до того, что нанотехнология рассматривается сейчас некоторыми как первый шаг человечества по скользкому краю апокалиптической ямы, заполненной «серой слизью». Этот термин получил довольно широкое хождение с подачи Билла Джоя, главного ученого Sun Microsystems, опубликовавшего в журнале Wired нашумевшую статью «Нуждается ли в нас будущее?» Джой и его идейные соратники настойчиво предупреждают, что микроскопические самовоспроизводящиеся роботы, невидимые человеческому глазу, в случае выхода из-под контроля могут привести к нашествию безликой, липкой и пожирающей все вокруг массы - «серой слизи». Причем идею эту вовсе нельзя назвать высосанной из пальца, поскольку некоторые рьяные поборники новейших технологий уже выдвигали предложения по разработке армии «синей слизи» - разрушительных микромашин - в качестве мощного оружия для «умиротворяющих» действий правоохранительных органов.

В ответ на подобные опасения и тревогу авторитетные сторонники нанопрогресса (Ральф Меркль, в частности) выдвигают свои аргументы. Хотя нанотехнология действительно предлагает использовать репликацию для сведения к минимуму стоимости производства, она не предлагает копировать живые системы. Живые системы адаптируются к среде самым чудесным образом и способны выживать в сложных природных условиях. Нанотехнология, напротив, предлагает строить молекулярные машинные системы, похожие на микроскопические версии оборудования сегодняшних фабрик и заводов. Рука-манипулятор микроробота, уменьшенная до субмикронного размера, должна уметь брать и собирать молекулярные детали, подобно тому, как манипуляторы заводских роботов орудуют гайками и болтами. К сожалению, говорит Меркль, очень легко пойти по ложной тропе из-за простого факта: единственная репликационная система, с которой знакомо большинство из нас, - это биологические самовоспроизводящиеся системы. Мы автоматически начинаем подразумевать, что нанотехнологические репликационные системы будут подобны биологическим. Но машины, которые изготовляют люди, очень мало похожи на живые системы, поэтому и молекулярные системы производства скорее всего будут столь же непохожими.

В качестве иллюстрации к своим доводам Меркль приводит экспериментальную систему «экспоненциальной сборки», создаваемую техасской корпорацией Zyvex. Здесь разрабатываются механические системы для сборки устройств микронного, субмикронного и молекулярного масштаба. На микронном уровне, используя уже имеющиеся MEMS-технологии, проектируется простая роботизированная рука «взять-и-положить», способная манипулировать сложными планарными деталями микронного масштаба, изготовленными с помощью литографии. Из этих деталей собирается роботизированная рука, способная манипулировать специально разработанными MEMS-деталями. Процесс получил название «экспоненциальная сборка», поскольку это репликационная технология, начинающаяся с единственной роботизированной руки на кремниевой пластине, которая сама собирает другие роботизированные руки, беря детали, заранее уложенные на пластине в точно известных местах. Хотя количество собранных таким методом роботизированных рук может возрастать экспоненциально (до некоторых пределов, понятно, накладываемых системой производства), этот процесс требует, среди прочего, литографически изготовленных деталей, а также подачи электроэнергии и управляющих сигналов для координации сложных движений рук-манипуляторов. Достаточно отключить энергию, управляющие сигналы или лишить микроробота деталей - и он будет действовать так же, как и его заводской собрат, изъятый со сборочной линии и заброшенный в глухой лес.

Идеализм, цинизм и реализм

5Аргументы Ральфа Меркля, что и говорить, выглядят здраво. К сожалению, далеко не все ученые, работающие в области нанотехнологий, придерживаются подобной логики, и среди них один из ведущих специалистов лаборатории Сандиа - Джеф Бринкер (Jeff Brinker), снискавший международную известность благодаря работам в области самосборных нанокомпозитных материалов. При его непосредственном участии достигнуты весьма примечательные успехи в создании материалов, способных к спонтанной самоорганизации в сложные трехмерные конструкции наномасштаба. Главный же интерес исследований Бринкера, по его собственным словам, это научиться придавать материалам «жизнеподобные» свойства - то есть получать такие материалы, которые чувствуют окружающую среду и соответствующим образом реагируют, могут самоисцеляться и избегать угрожающих их существованию обстоятельств. В двух словах, цель Бринкера - наноматериалы, занимающие промежуточное положение между живым и неживым. Разумеется, робот из таких материалов - это уже далеко не неуклюжий заводской манипулятор в лесной чаще.

Трезвомыслящие ученые прекрасно понимают, что нанотехнология способна породить серьезные проблемы. Любая технология может быть использована для нанесения ущерба, а не только для всеобщего блага. По масштабам будущего воздействия на человечество нанотехнологии наверняка не уступят индустриальной революции. Как относиться к наступающим переменам? Каких принципов придерживаться в процессе разработки и внедрения нанотехнологий?

В калифорнийском Пало-Альто в 1989 году была создана специальная некоммерческая организация под забавным названием «Предусмотрительный институт» (Foresight Institute) и девизом «Готовясь к нанотехнологиям» (основатель и глава института - Эрик Дрекслер). Здесь был подготовлен набор правил «техники безопасности» для разработчиков и изготовителей молекулярных систем (www.foresight.org/guidelines). Среди руководящих принципов, например, такие: искусственные системы-6репликаторы не должны иметь способность к воспроизводству в естественной, неконтролируемой окружающей среде. Они должны быть абсолютно зависимыми от источника искусственного питания или от искусственных компонентов, не встречающихся в природе. Они должны использовать коды выявления ошибок и шифрование, предотвращающее непреднамеренные изменения в их конструкции. И далее в том же духе.

Все эти правила выкристаллизовались из бурных дискуссий о самых разных сценариях возможного развития нанотехнологий. Очевидно, что наше понимание развивающейся технологии эволюционирует, а значит, претерпевают изменения и рекомендации, отражая степень осмысления учеными того, как обеспечивать безопасное развитие нанотехнологий. Но в конечном счете диктовать реальный спектр нанотехнологических приложений будут вовсе не ученые, а правительства и индустрия. Со свойственным бизнесу цинизмом промышленники охотно соглашаются, что потенциальная опасность нанотехнологий «должна, конечно, стимулировать этические дебаты в обществе», однако «инвесторам не следует всерьез задумываться о такого рода вещах». Ну, а что касается политиков, то в этой среде, к сожалению, цинизма еще больше, чем в бизнесе. Так что уповать остается на общее здравомыслие человечества.

Впрочем, как и всегда.


1 (обратно к тексту) - В Европе предпочитают термин «microsystems technology» (MST), то есть «технологии микросистем».

«Была бы технология - приложения найдутся»

Похоже, именно таким девизом руководствуются сейчас многие разработчики микророботов. Например, в Массачусетском технологическом институте затрудняются сказать, что будут делать с армией крошечных роботов, которых здесь создают. Но где-то они наверняка пригодятся. Нанотехнологии находятся в зачаточной стадии, и пока еще никто не в состоянии уверенно описать заводы будущего или инструменты, которые там понадобятся.

В МТИ сейчас разрабатывается серия микророботов под общим названием NanoWalkers («наноскороходы»). Некоторые из них оборудованы иглами-пробниками сканирующего туннельного микроскопа для отображения и подталкивания атомов. Другие - щупами атомно-силового микроскопа для работы с непроводящими материалами. Третьи - микроманипуляторами для перемещения и сбора деталей микронного размера, а со временем и атомов. Попутно создается набор инструментов для наномасштабного напыления, травления, обработки и формирования изображения. Способные стремительно перемещаться, роботы-сборщики черпают энергию с электрически заряженной рабочей поверхности, образованной перемежающимися полосами разной электрической полярности. Связь с микророботами осуществляется через инфракрасную систему, монтируемую на верхушке их приземистого корпуса. Цифровая ПЗС-камера следит за перемещением и местонахождением роботов, направляя их к нужному месту, а затем вступает в действие система тонкого позиционирования, наводящая пробники-манипуляторы на конкретные молекулы или атомы.

Преимущество подобной концепции в следующем. Вместо того чтобы последовательно проводить объект сборки через техпроцессы, каждый раз передвигая и заново позиционируя микроскопический узел, система позволяет держать его на одном месте - а двигаются пусть недорогие мобильные микророботы, управляемые компьютером. Надо сказать, что индустрия, привыкшая к конвейерному производству, новую концепцию воспринимает с трудом.

Пьезокерамические ножки, с помощью которых роботы NanoWalker перемещаются, могут гнуться внутрь и наружу, удлиняться и укорачиваться, в зависимости от формы приложенного электрического сигнала. Делая около 18 тысяч шажков в секунду, роботы способны носиться намного быстрее, скажем, тараканов (делающих около 13 шажков в секунду), причем разным «аллюром» - либо семенить крошечными шагами по 2 нанометра, либо одним махом покрывать по 50 микрон за раз. Пока что в МТИ сосредоточились на том, чтобы научить своих роботов двигаться плавно и интегрировать в работу тончайшие острия сканирующих и атомно-силовых микроскопов.

Некоторые исследовательские центры, не стремившиеся любой ценой сделать микророботов автономными, добились успеха в решении других задач. Так, в немецком университете Карлсруэ (www.ipr.ira.uka.de/microrobots) управляемые по проводам роботы уже действуют на предметных столиках оптических микроскопов и в вакуумных камерах сканирующих электронных микроскопов. Они справляются с таким делом, как сбор оптических систем микронного масштаба или захват и перенос отдельных биологических клеток. Бесспорно менее проворные, чем NanoWalker, и предназначенные для манипулирования более крупными объектами, немецкие роботы MINIMAN (от Miniaturized Robot for Micromanipulation) оперируют такими инструментами, как микрозажимы и микропипетки.

После того как управляющий роботом оператор щелкает указателем мышки по изображению конкретной клетки на мониторе, робот, ведомый компьютеризированной системой зрения, находит именно эту клетку, аккуратно засасывает ее в микропипетку, переносит в другое место и выпускает. При другом сценарии два робота, работающие совместно, могут удерживать клетку и впрыскивать в нее раствор медикамента или красителя. Подобные операции уже так отточены, что на их выполнение требуется буквально секунда. Несколько иной аппарат MINIMAN III способен собирать и настраивать систему из 1- и 2-миллиметровых, причем оператор вмешивается в процесс сборки всего один раз. Пока что многие из осваиваемых роботами операций автоматизированы лишь частично, однако со временем все работы будут осуществляться без участия человека. Разработка микророботов MINIMAN ведется совместно институтами Германии, Швеции, Испании, Великобритании и Италии. Содействие им оказывают голландская фирма Philips Bedrijven и немецкая Kammrath & Weiss.

Берд Киви [ kiwi@computerra.ru]


Сделано в России - сделано головой

На весеннем форуме для разработчиков компания Intel не только официально заявила о своем интересе к микроэлектромеханическим устройствам - MEMS, но и устами Патрика Гелсингера провозгласила стратегическую важность этого направления. Учитывая потенциал компании, как в сфере разработок, так и в производстве, значение этого заявление для рынка MEMS переоценить трудно. Хотя микроустройствам прочат блестящее будущее в самых разных областях, их практические применения пока можно пересчитать по пальцам. И вот на рынке, где присутствуют в основном небольшие коллективы разработчиков, появляется процессорный гигант. Пусть сегодня Intel заявляет, что микроустройства ей нужны в определенных целях (каких - читайте ниже), однако можно предположить, что, набравшись опыта и войдя во вкус, компания включит MEMS в юридическое пространство закона Мура и попытается занять на этом рынке такую же скромную долю, какую сегодня она занимает на процессорном.

С просьбой подробнее рассказать о разработках Intel, касающихся микроэлектромеханических устройств, я обратился к Алексею Одинокову, содиректору Центра Intel по разработке программного обеспечения в Нижнем Новгороде.

Алексей, почему Intel, традиционная полупроводниковая компания, вдруг неожиданно (как может показаться со стороны) заинтересовалось микроэлектромеханическими устройствами?

- С одной стороны, Intel продолжает выполнять закон Мура в микропроцессорах, а с другой - работает над тем, чтобы «расширить» закон Мура и на такие области, как оптика и MEMS. В частности, мы намерены сделать радио, которое целиком, включая механические и аналоговые компоненты, будет интегрировано на одном кристалле. Причем оно должно быть универсальным, то есть работать со всеми стандартами: GSM, GPRS, Bluetooth, 802.11a, 802.11b и так далее. Благодаря интегрированности, радио будет столь простым, что его удастся использовать не только для внешней коммуникации, но и для внутренней - например, между отдельными чипами в компьютере. Если такие универсальные радиоэлементы будут сделаны, им понадобятся механические движущиеся части для переключения цепей. На том же кристалле должны быть и аналоговые компоненты передатчика и приемника. MEMS могут также использоваться в оптических коммуникационных устройствах, тесно интегрированных с полупроводниковыми микросхемами.

Насколько традиционная технология изготовления микропроцессоров далека от той, что используется для изготовления микромеханических устройств?

- С одной стороны, это новая для Intel область, а с другой - логичное движение вперед, тем более что рынок проявляет к MEMS значительный интерес. Мы - одна из немногих компаний, которые обладают полным циклом производства - от проектирования микросхем до выхода готовых чипов. И, естественно, преуспев в микропроцессорах, мы обращаем внимание и на другие области. Создание очень мелких транзисторов на диэлектрической подложке требует точного соблюдения их физических размеров и прочих характеристик - в случае небольшого отклонения возможен пробой. Так что методы точного изготовления мелких деталей и их контроль у нас отработаны.

Какую роль в новых разработках могут сыграть российские исследователи?

- В России мы, безусловно, находимся только в самом начале пути. Поэтому и стараемся шире распространять информацию о наших перспективных направлениях - ими могут заинтересоваться те, у кого есть контакты и наработки в этой области.

Сейчас полупроводниковые технологии используют результаты фундаментальных исследований в области физики плазмы, рентгеновской оптики и других областях, причем в большинстве случаев мало кто может конкурировать с российскими учеными. Очень важно, что фундаментальная наука, которая раньше считалась «способом удовлетворения любопытства ученого за казенный счет», приносит конкретные плоды.

В разработке MEMS сотрудники нижегородского Центра разработок Intel пока участия не принимают, но, возможно, присоединятся к этому проекту в будущем. Как я уже говорил, MEMS - одна из технологий, которая нужна для реализации универсального радио. Наше участие может заключаться в программировании беспроводных протоколов, а также в совершенствовании алгоритмов работы устройств. И здесь опыт, накопленный отечественными учеными в области радиофизики, придется как нельзя кстати.

Михаил Попов [mpopov@computerra.ru]


Крекс, фекс, mems, или Как подковать блоху 

Автор: Михаил Попов, mpopov@computerra.ru
Дата публикации:12.04.2002


Стали все подходить и смотреть: блоха действительно была на все ноги подкована на настоящие подковы, а Левша доложил, что и это еще не все удивительное. «Если бы, - говорит,- был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы,- говорит, - увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал»... «а я мельче этих подковок работал: я гвоздики выковывал, которыми подковки забиты, - там уже никакой мелкоскоп взять не может».
Николай Лесков. «Левша»

«Водителя иномарки спасли сработавшие подушки безопасности» - такую фразу можно услышать почти каждый вечер в специфических телепередачах, красочно описывающих подробности дорожно-транспортных происшествий и прочих бед. Оставим передаче подробности, вызывающие у зрителя глубинные физиологические реакции, и присмотримся к технологии счастливого спасения человека.

Потерявшая управление машина врезается в столб. Через пять-десять тысячных секунды лицо водителя должно удариться о рулевую колонку - если не вмешается устройство, основную рабочую деталь которого и глазом-то не разглядишь. Датчик ускорения, акселерометр, непрерывно детектирует смещение мельчайшего грузика, весом всего в одну десятитысячную долю грамма. Микроконтроллер обсчитывает интеграл ускорения, дабы понять, действительно ли происходит резкое и постоянное изменение скорости автомобиля или просто так, на кочке подпрыгнули. Решение принимается за доли миллисекунды, рассчитываются параметры раскрытия подушки безопасности - шлеп! - и спасенными оказываются не только шейные позвонки, но и нежные черты лица водителя.

Принято называть микромеханические устройства, известные под аббревиатурой MEMS, технологией будущего. Между тем они уже как минимум десяток лет широко применяются в автомобильной промышленности. Чем лучше автомобиль, тем больше MEMS - вряд ли владелец BMW 740i, задумывается, что на борту «бимера» их более семидесяти.

С одной стороны, микроэлектромеханические устройства прочно вошли в нашу жизнь и относятся к той группе технологических достижений, которые воспринимаются как что-то совершенно обыденное - наравне с двухгигагерцовыми процессорами и тому подобными рекордами. С другой - многие области их применения, о которых вы можете прочитать в статье Киви Берда, граничат с фантастикой (биомедицинские микророботы, сборочные цеха на трех квадратных миллиметрах, наноскороходы и т. д.). А там и до самовоспроизводящейся «серой слизи» и прочих футуристических ужасов недалеко.

Среди удивительных свойств MEMS - доступность проектирования и начальных этапов разработки небольшим исследовательским коллективам, которые не обязательно тесно связаны с массовым производством. И в этом хочется видеть очередной шанс для российских разработчиков: не «догнать и перегнать Америку», но разработать некую область и утвердить в ней свой приоритет. Предпосылки для этого есть, как видно из высказываний специалистов лаборатории микротехнологий и микромеханических систем СПб ГТУ, а также содиректора российского центра разработок Intel Алексея Одинокова.

Тут я хотел написать, что нужно не ждать милостей от природы, то есть финансирования от государства, а творческим трудом зарабатывать себе на кусок хлеба с икрой. Нет, все-таки государственные средства на развитие отрасли нужны, вот только исследователями и конструкторам не стоит уповать на них - наоборот, государство, в своих же интересах, должно конкурировать с независимыми и небескорыстными спонсорами разработок. И дело, похоже, к тому идет.

Впрочем, история и даже художественная литература преподносят нам весьма поучительные уроки. Можно только восхищаться мастерством отечественных инженеров, их нестандартным подходом к микротехнологиям (жаль, электричество не было известно, а то сделали бы натуральный MEMS) - вон как Левша блоху-то подковал. Но подковать-то подковал, а от тяжести подков блоха та прыгать перестала. Что еще раз показывает необходимость не только системного подхода, но и грамотного управления процессами разработки. А также надлежащего маркетинга достижений Левши: технологические новинки сегодня уже не так громко говорят сами за себя, как в те времена. Особенно - если они такие мелкие.

http://www.computerra.ru/offline/2002/439/17342/for_print.html


Под крылом широко известного в компьютерном мире Массачусетского технологического института образовано новое предприятие для исследований в области военного применения нанотехнологий. Точнее, круг задач, которым займутся сотрудники Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN), ограничен внедрением нанотехнологических достижений в солдатскую униформу.

В планах исследователей - разработка тканей, способных самостоятельно менять цвет и отражающую способность для улучшения маскировки или изменять собственную гибкость, например для фиксации костей в местах переломов. Помимо этого, униформа из новых тканей должна защищать человека от воздействия химического и бактериологического оружия.

По словам директора ISN Неда Томаса (Ned Thomas), часть этих задач в принципе уже решена, осталось лишь оптимизировать технологии для практического использования. Министерство обороны США выделило под новый проект 50-миллионный грант, еще 40 миллионов предоставят промышленные компании. - Е.З.

Овчинка стоит выделки


http://physics.nad.ru/rusboard/messages/6967.html

> Ребят, мне задали сделать реферат по микромеханике.
> С этим делом (микромеханикой) столкнулся в первый раз.
> Не подскажете, где можно найти в Сети хорошие статьи по этой тематике.
> Чтобы без лишнего углубления, узкой специализациии, а боле-менее обзорно.
> Основы, структура, общие направления, тендеции, связанные понятия.

> > > > Есть хорошая статья:
> > > > Kurt E.Petersen, Silicon as a Mechanical Material, Proceedings of the IEEE, vol.70, No.5, May 1982, pp.420-457

> > > > Хотя эта статья и довольно старая, но в ней изложены самые фундаментальные вещи. Так что для реферата пойдёт в самый раз. В ГПНТБ наверняка есть.

> > > А где-нибудь в Инете и желательно по-русски?

> > Помогите!!!!!
> > До следующей среды надо сдать!!!

> Можно пойти на главную страницу этого форума http://physics.nad.ru/
> в поисковой строке Яндех набрать "микромеханика"
> Результат поиска:
> Яндех: 127 серверов (1846 документов)
> http://www.aport.ru/ : 120 сайтов (180 документов)
> http://www.rambler.ru/ : 181 сайтов (371 документов)

> Например:
> http://www.kv.minsk.by/index2000073401.htm


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100