Техника - молодёжи 1995-05, страница 25

изготовления явно не годятся ни радицион-ные инструменты или станки, ни даже лазеры сами по себе. Какие же средства и приемы тут вообще возможны''

Решение было естественным. Ведь в том же диапазоне масштабов лежит отрабо ан ная, постоянно развивающаяся технология сложнейших электронных микросхем. Они успешно создаются способом фотолитографии^- — химического травления "засвечен ного" рисунка Надо ли удивляться, что ММ пошла по накатанному пути микроэлектроники'' И точно так же, как на одной пластин ке кремния получают многие сотни готовых интегральных схем — ока алось возможным делать разом несколько сот механических деталей. То есть наладить нормальное массовое производство.

При переходе от обычной (световой) фотолитографии к рентгеновской или электронной размерь микросхем удается довести до 0,1 мкм. На сегодня это мельчайшие из рукотворных устройств. (Для сравнения: среди живых объектов мельче только вирусы.) Микромеханика еще не достигла сравнимых масштабов. Но при аналогичной базовой технологии никаких принципиальных запретов на то не существует.

Вот огда мы и подойдем к рубежу поис-

3. Телеуправляемый микроро от для внутри -полостных операции. Цифрами о о начены 1 — атеросклеротический тромб 2 — головка "врубовой машины ", 3 — движущие ролики, 4 - корпу микроробота, 5 - светов д для подсветки и контроля 6 — кровеносный сосуд

тине роковому для любых механизмов. Дело в том, что на расстояниях менее 100 нм заметно 'слабеют" законы классической механики, и все больше дают себя знать межатомные силы, епловые колебания, квантовые эффекты. Резко затрудняется локализация элементов устройств, теряет смысл понятие траекторий их движения. Короче, в подобных условиях вообще нельзя говорить о "механизмах", состоящих из "деталей".

Можно ли преодолеть роковой рубеж? В принципе — да; но какой ценой' Ведь если что и удастся построить в гаких масштабах, то уж, конечно, не мо ор и не домкрат Фактически у нас будут получа ься некие атом-но-молекулярные комплексы живущие по своим, немеханическим, законам И для них, похоже, придется заново изобретать весь набор технических элементов, начиная с колеса...

Этим и занята, точнее, только пытается заняться

НАНОТЕХНОЛОГИЯ — совокупность приемов манипулирования отдельными молекулами и атомами. Чисто теоре ические идеи в данной области развивал еще в 1959 г. известный физик Р.Фейнман, а с 70-х гг. — такой энтузиаст как Эрик Дреке лер (см. "ТМ", №12 эа 1989 г.). Но первые практические возможности предоставил только созданный в середине 80-х гг. растровый туннельный микроскоп. За его раз-рабо ку кстати, сотрудники Исследовательской лаборатории компании IBM в Цюрихе Джерд Биннинг и Генрих Рорер получи ли Нобелевскую премию 1986 г.

В свое время журналы всего мира обошел снимок, запечатлевший результат фактически первого нанотехнологического эксперимента: специалисты назван ои лаборатории ухитрились выложить из отдельных атомов "родную" аббревиатуру — IBM. Это удалось с помощ ю того же микроско а. Подавая на острие его сверхтонкой иглы электрический потенциал, оказалось возможным за счет туннельного эффекта снимать эти атомы с какои-либо поверхности, переносить их и помещать в заданное место.

Проблема, однако, в том помогут ли подобные методы (по сути — все еще механические) ;мастерить хотя бы простейшии работоспособный молекулярный комплекс. Ведь как показал еще Дрекслер, тут нужны технологии типа биологических, то есть не сборка "по эернышку", а запуск процессов самоорганизации и самовоспроизводства молекулярных структур. Например — по принципу действия вируса, атакующего ак-териальную клетку. Иначе говоря, нано ех н логическое устройство должно уметь инициировать синтез своих собственных элементов (звеньев) на неких матрицах — аналогах ДНК. Причем свойства звеньев должны быть такими, чтобы их сборка затем, как у вируса, пошла сама — просто за счет случайных столкновений. 1 ребования, конечно, жесткие, но иных путей создания действующих ' молекулярных машин' пока не видно.

Итак, при всей увлекательности нанотех-нологии ждать о нее практических достижений пока не приходится. Совсем иное дело — микромеханика, уже успевшая показать товар лицом". Причем на этот товар сразу возник устойчивый спрос, в том числе, что важно, — опережающий, стимулирующий новые разработки.

Успех кремния в микроэлектронике сделал его основным материалом и для микромеханизмов. Тем более что здесь открылась замечательная возможность создавать и те и другие структуры в комплексе, в едином технологическом процессе. Производство таких гибридов оказалось настолько дешевым, что некоторые образцы быстро нашли применение в самой массовой коммерчес

кой продукции. Кажется, первым среди них стал кремниевый акселерометр, которым теперь снабжена известная система "Airbag" — надувной мешок безопасности в автомобилях (1).

Инерционный датчик этого прибора спро ектирован Ричардом Мюллером из Калифорнийского университета В общих чертах конструкция i редельно проста: кремниевый стерженек диаметром в несколько микрон подвешен над отверстием, проделанным в кремниевой же подложке. Когда возникает ускорение, стерженек с подведенным к нему электрическим потенциалом начинает вибрировать и индуцирует сигнал поступа ющий на обработку в микропр цессор расположенный в десятке микрон по соседству.

Доста очно резкое падение скорости (в момент удара при аварии) мгновенно фиксируется акселероме ром (1а), и он выдает команду на наполнение воздушной подушки в центре рулевого колеса (16), предохраняющей водителя от самой типичной травмы — удара о руль или ветровое стекло.

Нашли применение и еще несколько скромных, но полезных микроприборов — например, встроенный непосредственно в подшипник измерител! скорости враще шя ил1 внутренние датчики артериального давления, сердечного ритма, содержания сахара в крови и других параметров ор анизма, передающие информацию наружу радиосигналом.

Но это только начало. Уже готовится к коммерч зскому выпуску гораздо более серьезное устройство — разработанный американской компанией Texas Instruments микромеханический видеопроектор DMD (Digital Micromirror Display, или, приблизительно, "цифровой микрозеркальный де-монстра ор ). При общей площади все о в 1,5 см он с высочайшей точностью воспроизводит на огромном экран изображение с видеома нитофона или компьютера.

Принцип действия DMD чрезвычайно прост и нагляден (2). Его основу составляв матрица из 768x576 квадр тных микрозеркал со стороной 17 мкм и напыленным отражающим слоем из алюминия. Каждое зеркало может независимо от других поворачиваться на 90 градусов зокруг одной из диагоналей и возвращаться в прежнее положе ние. Происходит это за время менее 10 мкс. Управляют поворотами расположенные снизу электрически заряжаемые элементы ЗУ — запоминающего устройства. Таким образом, освещенное внешним источником микрозеркало в каждый данный момент либо отражает либо не отражает его свет на экран.

На первый взгляд кажется, что этот способ позволяет воспроизводить только белые и черные элементы изображения. На самом же деле создать полную шкалу градаций, то есть нужное количество оттенков серого, здесь очень легко. Зрительное впечатление полутонов возникав" просто за счет разного времени удержания зеркал в отражающей позиции. А моменты заряда-разряда каждого элемента ЗУ (то есть, соответственно поворотов зеркал) для данного кадра определяются специальной схемой обработки поступающего на проектор стандартного видеосигнала.

Что касается цветного изображения, то принцип его получения в DMD точно тот же, что и везде: берут три ма грицы, освещаемые красным, зеленым и голубым источниками, точно совмещают их картинки в особой опти еской системе и проецируют на экран.

Испытания нового проектора показали, что он вполне способен обеспечить требуемые парам тры изображения: яркость, контрастность, цветопередачу, а также, что не менее важно, и высокую частоту кадров.

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ

5 ' 9 5