| 单词 | 微型机器 |
| 释义 | 【微型机器】 拼译：microelectro mechanical systems 微型机器有3个特点：一是象集成电路那样集成制造机械零部件，还可和电路、光路等集成在同一个硅片上：二是用小型规格化的单元装置的机械，最小的单元如象原子，用逐个原子作成机械零部件，以至于作成的机器象生物体那样，现在局部集成制造的密度已达到和超过大脑的密度；三是向传统的机械加工方法的微细极限发展，如采用电子束光刻技术、超精密金刚刀切削、激光束加工、等离子X射线加工等超精加工。 美国在微型机器研究方面处于领先地位。美国在研究集成电路的同时，对硅片采用腐蚀和淀积技术作微细加工，制造微压力传感器，以此作为突破口，开展了新材料加工技术的研究。美国加州大学伯克利分校的传感器和作动器研究中心在1986年研制成功血红细胞大小的微型齿轮、弹簧、曲轴和滑块等。美国电话电报公司贝尔实验室制造的气动微马达400～4000n／min，制成的传动齿轮仅1，2μm厚，直径为400μm。1987年6月在日本举行的第四届传感器作动器国际会议上，美国加州大学伯克利分校和贝尔实验室都阐述了用制造集成电路的方法在硅片上制造微型机器的崭新概念，在全球掀起微型机器热。美国国家自然科学基金会(NSF)在1988年和1989年两次资助开展微型机器的研究。随后，美、日、荷兰、德国、中国等都有不少单位开展这一研究工作。超微电机和超微发动机是一个热门研究项目，1988年美国加州大学就研制成功比毛发还细的马达，转子直径仅60μm，转子和定子用集成电路制造技术在硅片上蚀刻而成，这种电机采用静电力驱动。由于静电力随着距离增大而迅速减少，在常规马达中静电力办不到的事，确对微型马达轻而易举。亿万只这种马达的耗电量仅相当于一只电动削笔刀的耗电量。目前美国研制的马达的转速已达75000r／min。据有关报导，微型马达在医学和工业领域内有许多应用。微型马达和齿轮滑块传动机构可植入人体进行心内外科手术，切除伤疤和肿瘤、修补胃壁和神经节，清除气、血管污垢和血栓、杀灭癌细胞和病毒。它可对平面型电视屏幕上的每一点作微量快门控制，或者用于对准激光束，或制成微型冷却泵冷却超导计算机的芯片和元件。能在一块硅片上集成制造传感器－信号处理芯片－作动器，因此就有可能制造人工装置、机器虫和机器人。瑞士纽卡特大学微型技术研究所研制成功一种在硅片集成的微型化学分析系统，带有检测器、2个微型泵和信号处理等。美国犹它大学的工程设计中心研制世界上最先进的人造手，它由32个马达，19个关节，500个滑轮和几千米长的筋腱组成，与人手的尺寸大小和强度相仿，而且动作灵活，速度很快，1s可打铃70次之多。麻省理工学院设计了一个有4个手指的人造手，作为研究工具，拥有大量温度和压力传感器，它能在众多物体中迅速抓起一支点燃的雪茄。为了获得感触功能，配置了电容阵列，利用接触物体时产生的电容量变化去判别接触的方位、物体的形状和硬度。微型机器中的机器虫只有昆虫大小，在设计上尽量采用无源传感器和高效功率源多种传感器和作动器，能自己感觉环境状况，并采取相应措施。这种机器虫可在空中飞翔，潜入水下或爬行在地面上，可代替人作许多工作。比如能发现核电门放射性泄漏点，检查航天飞机上密封环的密封度，或者爬进气管水管内检查裂缝。麻省理工学院正拟将智能系统装入127mm长，80mg重的微型飞机中，这种微型飞机能躲过雷达的探测，潜入敌方刺探情报，甚至摧毁目标。美国的约翰斯·霍普金斯大学正在研究一种可吞咽的自馈式的智能药丸，这种药丸上的超微传感器可记录并输出人的心率、温度、及酸度等信息，药丸上的微执行器则根据获取的信息释放药剂，以控制病情。当一位糖尿病患者体内的血糖标准降低时，可根据需要自动释放出胰岛素。微型机器主要用Si及其化合物作为材料，制造上和大规模集成电路加工有许多共同点，主要工艺过程是：设计图样、光刻形成图样、光刻蚀除多余材料、渗透掺杂及生成薄膜等添加所需材料。但是微型机器有其自身的加工要求，做成三维结构要求：(1)深度刻蚀，深度达100μm以上，深孔加工，通孔加工。(2)形成三维结构，要求能与基板分离开。(3)刻蚀后的元件不应有残余应力、变形或破坏。(4)在同一芯片上集成电路或其它元件时应互不干扰。因此，采用化学异向刻蚀法制造各种主体形状和采用牺牲层技术制造用硅基板分离开的结构，在制造复杂形状的微型机器时，需要进行Si基板和Si基板，Si基板和玻璃基板等基板的连接技术，或称为焊接技术。从理论上探讨制造微型机器的方法，采用CAD、CAM方法，分子可以一个个排列，自动制作自动机，K．EricDrexler把原子的自动排列称为自由装配，这种方法如今是不可思义的，预见不久的将来，可望得到纳米技术微型机器。微型机器技术的发展将提出许多新技术问题，促进基础理论和技术的发展，如微动力学理论、微机械设计的科学基础、制造微型机器系统技术、能量和运动的传送、摩擦、磨损等。微型机器可在医疗机械、科学仪器、机床、日用机器等许多方面应用。它的出现不仅开创了一个机电一体化的新纪元，促进了机电光计算机一体化的新发展，而且正孕育着一场令人鼓舞的新技术革命。【参考文献】：1 Mehregany M，et al．IEEE Transactions on Electron Devices，1988(6)，35(6)2 Long-Sheng Fen，et al．IEEE Transactions on Electron Devices，1988(6)，35(6)3 Gannon R．popular science，1989，34 Heppenheirner T A．Discover，1989，35 藤正严，等．マィク口マツ开发ノ－トズフク，秀润社，19916 Bart H Y，et al，Sensors and Actuators，1992，B6(重庆大学钟先信教授撰) |
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