Мэмс - микроэлектромеханические системы

Предшественники будущих наноэлектромеханических систем, НЭМС (NEMS), уже существуют. Микротехнология создает удивительные микроэлектромеханические системы - МЭМС (MEMS).

В 80е гг. XX в. на базе достижений полупроводниковой промышленности, в первую очередь на базе метода литографии, в ведущих научных и промышленных лабораториях начали разрабатывать реальные по технологии и стоимости микромеханические детали и изделия. Одним из первых достижений стали сенсоры ускорения, устанавливаемые в подушках безопасности автомобилей. Впервые они появились в 1993 г., сейчас автомобильные фирмы закупают их примерно на 50 млн долларов в год. Гироскопические наносенсоры осуществляют задачи навигации, наведения ракет на цель и пр. Недавно такой «процессорный гигант», как компания «Intel», публично заявила о стратегической важности МЭМС и своем интересе к ним. В последние годы объем мировых продаж МЭМС изделий составил 10% от продаж изделий «традиционной» электроники. Основные изделия МЭМС характеризуются минимальными размерами, минимальной стоимостью, надежностью в эксплуатации, низкой потребляемой энергией и массовостью производства.

Отдельные изделия МЭМС (различные микросенсоры, насосы, моторы) не видны невооруженным глазом. Компания «Sharp» изготовила солнечную батарею в виде пленки толщиной от 1 до 3 мкм. Ряд ведущих компаний сообщили о создании чипов, в которых будут совмещены антенны, фильтры и соответствующий логический блок. В качестве источников энергии микророботов могут использоваться разработанные электрические батареи размером 1 мкм, а известная фирма «Sandia» (США) разработала микромашинный процесс получения чипов такого же размера. Это позволило компании к 2000 г. построить модель автономного робота размером в несколько сантиметров. Робот - машинка с полимерным каркасом имела шесть колес и гусеничный ход, два электромотора, процессор емкостью памяти 8 Кб, датчик температуры, химический сенсор, видеокамеру, микрофон и три батарейки от часов. Именно размер батареек лимитировал размер миниробота. Важно, что изготовлен робот из коммерчески доступных компонентов. Планируется использовать его для поиска и обезвреживания мин, опасных биологических и химических веществ, разведки. Остается проблема - малая емкость батарей.

Американский миниатюрный самолет «Черная вдова» имеет вес 80 г, размах крыльев 15 см, высоту полета 230 м, время в полете 30 мин, дальность полета около 2 км, скорость 70 км/ч, КПД двигателя 82% . Самолет оснащен двумя видеокамерами (в оптическом и ИК диапазоне) весом по 2 г с радиусом передачи изображения 2 км.

В Массачусетском технологическом институте - одном из лидеров нанотехнологии - разрабатывается серия микророботов NanoWalkers («наноскороходы»). Основной принцип их применения - переход от конвейерного метода сборки деталей к «муравьиному», когда недорогие мобильные роботы - сборщики все вместе трудятся над неподвижной микродеталью (возможно - их будущим собратом). Роботы перемещаются на пьезокерамических ножках, которые могут удлиняться и укорачиваться, гнуться внутрь и наружу, в зависимости от электросигнала. Роботы делают около 18 тыс. шажков в секунду, причем эти шажки могут быть от 2 нм до 50 мкм. При быстром темпе они бегают быстрее тараканов. Подзаряжаются роботы - сборщики на специальной поверхности с чередующимися полосами разного по знаку электрического напряжения. Связь с ними осуществляется через цифровую камеру и инфракрасную систему на верхушке корпуса робота. Основное - добиться точности в работе, поэтому скороходы оснащены не только манипуляторами для микронной сборки, но и сканирующими зондами.

В этом же институте разрабатывают модель микроробота - хирурга для внутриполостных и внутрисосудистых операций

Группа европейских ученых создала микроробота - искусственного таракана. Он даже пахнет как таракан, а главное - имитирует мельчайшие особенности «этикета» тараканьего сообщества. Поэтому микроробот был воспринят этим сообществом как «свой», хотя внешне это микроящичек на колесиках. Все тонкости поведения и специфику запаха ученым пришлось изучать в течение трех лет и имитировать у микроробота. Цель эксперимента - получить возможность руководства группой различных животных за счет искусственного лидера.

З адача создания микророботов упрощается, если они предназначены для стационарных работ и ими можно управлять с помощью проводной связи. Международная кооперация европейских ученых создала роботов для манипуляций клетками на предметных столиках оптических микроскопов и в вакуумных камерах СТМ. Их орудия труда - микропипетки, микрозажимы. Оператор щелкает указателем мышки по изображению на мониторе конкретной клетки, робот находит эту клетку, засасывает в микропипетку, переносит в нужное место и выпускает. В другом варианте два микроробота удерживают указанную клетку и вспрыскивают в нее нужный реагент. Все операции занимают секунды.