Micromecânica. História da invenção e produção

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A mecânica precisa nasceu no século XVII - com o advento dos relógios de parede e de mesa. Não exigiu um salto tecnológico qualitativo, pois utilizou métodos tradicionais, mas apenas em menor escala. E hoje, por menores que sejam os detalhes aqui, eles ainda podem ser fabricados de acordo com padrões comuns, trabalhando com as mesmas ferramentas e nas mesmas máquinas - embora as mais precisas - usando os métodos usuais de montagem de produtos.

"A chave aqui é, talvez, uma ferramenta de processamento mecânico", escreve Boris Ponkratov na revista Tekhnika-Youth. - câmeras, equipamentos de áudio e vídeo, drives de disco e impressoras para computadores pessoais, copiadoras - sem mencionar vários equipamentos especiais, para por exemplo, para unir linhas de comunicação de fibra óptica.

A microusinagem a laser por si só ocupa toda uma gama, embora, deva ser dito imediatamente, não tenha significado independente: há poucas operações fundamentalmente novas aqui. Basicamente, estamos falando de microcircuitos de solda e criação de furos de várias formas (por exemplo, em fieiras para obter fibras ultrafinas de resinas sintéticas). Mas o verdadeiro reequipamento tecnológico revolucionário requer o próximo passo - a micromecânica.

micromecânica
Matriz de microespelho sob um microscópio

As dimensões dos dispositivos micromecânicos são tais que dispositivos pequenos e ultrapequenos não são suficientes para criá-los. Como critério, tomamos o tamanho mínimo de objetos que essa tecnologia é capaz de manipular. Para simplificar a imagem, arredondamos os valores para uma ordem de grandeza. E colocando-os em uma escala de escala, obtemos uma espécie de espectro, onde cada tecnologia ocupa um certo "alcance" (as dimensões mínimas aproximadas são dadas em milímetros): mecânica clássica de precisão - 1, microusinagem a laser - 0,01, micromecânica e microeletrônica - 0,0001 , nanotecnologia - 0,000001".

O marco é verdadeiramente fatal para qualquer mecanismo - distâncias inferiores a 100 nm. Então as leis da mecânica clássica visivelmente "enfraquecem", e mais e mais forças interatômicas, vibrações térmicas e efeitos quânticos se fazem sentir. A localização de elementos de dispositivos é drasticamente difícil, o conceito das trajetórias de seu movimento perde seu significado. Em suma, sob tais condições não se pode falar de "mecanismos" consistindo de "detalhes".

A micromecânica teve sorte: desde o início, conseguiu se estabelecer "nos ombros de um gigante" - a microeletrônica, tendo recebido dela uma tecnologia quase pronta para produção em massa. Afinal, a tecnologia comprovada e em constante desenvolvimento dos microcircuitos eletrônicos mais complexos está na mesma faixa de escalas. E assim como muitas centenas de circuitos integrados prontos são obtidos em uma única pastilha de silício, acabou sendo possível fazer várias centenas de peças mecânicas de uma só vez. Ou seja, para estabelecer a produção em massa normal.

O silício, usado em microeletrônica, tornou-se o principal material para micromecanismos. Além disso, uma oportunidade maravilhosa se abriu aqui para criar ambas as estruturas em um complexo, em um único processo tecnológico. Esses híbridos se mostraram tão baratos de produzir que alguns exemplos rapidamente chegaram aos produtos comerciais mais produzidos em massa, como o acelerômetro de silício agora instalado em um dos sistemas de segurança bem conhecidos em automóveis, a bolsa inflável.

micromecânica
Modelo físico do acelerômetro: a - desenho do modelo físico: 1 - corpo fixo; 2 - mola fixada na carcaça; 3 - massa inercial; b - forças atuantes no modelo

O sensor inercial deste instrumento foi projetado por Richard Muller da Universidade da Califórnia. Em termos gerais, o projeto é extremamente simples: uma haste de silício com diâmetro de vários mícrons é suspensa sobre um orifício feito no substrato de silício. Quando ocorre a aceleração, a haste com um potencial elétrico aplicado a ela começa a vibrar e induz um sinal que é processado por um microprocessador localizado a dezenas de mícrons na vizinhança. Uma queda de velocidade suficientemente acentuada (no momento do impacto em um acidente) é registrada instantaneamente pelo acelerômetro e emite um comando para encher o airbag no centro do volante, que protege o motorista das lesões mais comuns - bater no volante ou no para-brisa.

A corporação japonesa Toshiba criou um motor eletromagnético com um diâmetro de 0,8 milímetros e um peso de 4 miligramas. Seu poder, é claro, é pequeno, mas suficiente para robôs em miniatura, cujo desenvolvimento agora está sendo teimosamente perseguido pelas principais empresas do país sob a supervisão geral do Ministério da Economia e Indústria. Além da Toshiba, as corporações Mitsubishi Electric e Hitachi desempenham o papel principal neste programa. O comprimento dos robôs que eles desenvolvem varia de um centímetro a vários milímetros. Uma pessoa engolirá uma cápsula com tal dispositivo e, após a dissolução de sua concha, o dispositivo, obedecendo aos sinais de rádio e ao programa embutido nele, começará a se mover independentemente pelos vasos sanguíneos, trato gastrointestinal e outras vias.

Robôs em miniatura são projetados para diagnósticos, micro-operações e entrega de medicamentos exatamente como pretendido e no momento certo. Eles também devem ser usados para reparar e substituir baterias em órgãos artificiais.

A empresa alemã Mikrotek já criou um protótipo de um novo tipo de instrumento médico - um "submarino" em miniatura para nadar pelos vasos sanguíneos. Sob a direção de um médico, ela é capaz de realizar algumas operações. Esta sonda independente tem 4 mm de comprimento e 0,65 mm de diâmetro. Não possui motor, o parafuso é acionado por um campo magnético variável externo, que permite atingir velocidades de até um metro por hora.

No futuro, a microssonda será equipada com um cortador para remover as placas de colesterol das paredes dos vasos sanguíneos. Ele será capaz de levar as cápsulas do medicamento para o lugar certo. Outra opção também é proposta - colocar geradores de ultrassom nesses microdispositivos. Translúcidos dos órgãos do paciente por dentro, os médicos receberão informações que permanecem inacessíveis nos diagnósticos convencionais.

Alguns microdispositivos mais modestos, mas úteis, também encontraram aplicação - por exemplo, um medidor de velocidade de rotação embutido diretamente no rolamento ou sensores internos para pressão arterial, frequência cardíaca, açúcar no sangue e outros parâmetros corporais que transmitem informações para o exterior por sinal de rádio.

Autor: Musskiy S.A.

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Apesar do salto gigante em vários campos da ciência e tecnologia, costurar roupas ainda exige muito trabalho manual. Na maioria das vezes, as pessoas mais pobres do planeta estão envolvidas nesse trabalho exaustivo, que recebem meros centavos pelo seu trabalho. Os empreiteiros que fazem roupas militares apenas para o Exército dos EUA usam o trabalho quase gratuito de mais de 50 trabalhadores. Além disso, atletas profissionais que ganham milhões de dólares por ano exibem roupas feitas por crianças pobres de países como Bangladesh. Ao mesmo tempo, o custo das roupas nas lojas em muitos países é muito alto.

O Pentágono está animado com o sucesso de algumas empresas que desenvolveram os primeiros protótipos de robôs costureiros. Por exemplo, a SoftWear Automation Inc., uma doação da DARPA, desenvolveu um sistema automatizado promissor que se baseia no monitoramento muito preciso da estrutura do tecido para movê-lo na direção certa e costurá-lo na ordem certa. De acordo com o conceito da SoftWear Automation, um robô costureira serial será equipado com manipuladores para captura de pedaços de tecido e visão de máquina capaz de identificar seções individuais de roupas futuras.

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