МЕТОДЫ ДВИЖЕНИЙ МИНИАТЮРНЫХ СИСТЕМ

Движение миниатюрных систем составляет существенную часть механики, которая занимается исследованиями по выявлению причин взаимодействий и перемещений природных и создаваемых человеком электромеханических и других микро- и нанообъектов в различных средах.

В области механики миниатюрных объектов исследования в основном посвящены закономерностям и выявлению причин движения микроорганизмов в природе, а также разработке научных методов создания, приведения в движение и наблюдения за перемещениями и взаимодействиями искусственных, созданных человеком микро- и наноробототехнических устройств.

Методы исследований основаны на измеряемых микросенсорами или микродатчиками данных о действующих между микрообъектами и микрочастицами силах, моментах и других параметрах и характеристиках. В связи с этим разработка микродатчиков и микросенсоров, регистрирующих параметры движения и взаимодействий микрообъектов и их взаимодействия с окружающими средами, а также электромагнитных и других полей и излучений является одним из основных направлений при исследовании миниатюрных систем.

Непременным методом микромеханики как физической науки, основанной на показаниях датчиков, а не на абстрактных умозаключениях, является ее плодотворный метод индукции, отличающий любую физическую науку от некоторых математических и соприкасающихся с ними наук, основанных на методе дедуктивного номинализма. Плодотворность индуктивного метода механики доказана многочисленными замечательными открытиями. Экспериментальные и прикладные исследования и разработки основываются на нано-микросистемной технике (МСТ). Она обеспечивает возможность постановки проблем закономерностей движений и взаимодействий объектов мини-, микро- и наноразмеров. Возникающие при этом новые эффекты приводят к установлению неизвестных ранее явлений и служат развитию технологий XXI в.

Объектами изучения в микромеханике служат миниатюрные живые существа и искусственные технические устройства - микросистемы, микроприборы, микромашины, микророботы. Природные подвижные микроорганизмы, такие как бактерии, ползающие, плавающие, летающие организмы, существуют в различных средах - в воздухе, в воде, в различных газовых средах, в жидкостях, которыми наполнены млекопитающие, и др. Изучение закономерностей и особенностей движения миниатюрных объектов представляет значительный интерес и для развития современных технологий, таких как микро- и нанотехнологии.

Понятие геометрических размеров, безусловно, является относительным, и не существует в настоящее время ярко выраженной градации или четких определений - что считать объектами микромеханики. В то же время наиболее справедливо классифицировать такие объекты, принимая во внимание нс только абсолютные геометрические размеры, но и соотношения действующих сил и моментов.

Приведенные шкалы геометрических и относительных размеров объектов механики микро- и нанодиапазона позволяют оценить соотношения размеров микророботов и капиллярных сосудов, зерен кристаллов, вирусов, молекул коллоидного золота, диаметра ДНК и кристаллических решеток некоторых веществ.

Фундаментальные исследования таких систем и объектов успешно развиваются. Они выявляют особенности их кинематики, структуры, способов движения как по поверхностям, так и в воздушной, в водной и в других более вязких средах, отличающихся различной плотностью.

Свойства мини- и микросистем тесно связаны с технологиями их изготовления и применения. Различные материалы - металлы, композиты, полимеры, керамика, стекло, кварц и др., используются для получения необходимых механических свойств и эффектов, возникающих за счет действия тех или иных сил.

Наряду с традиционными действующими силами, такими как гравитационные, сухого и вязкого трения, аэрогидродинамического сопротивления,инерционные, могут оказывать существенное влияние на движение и такие силы, как адгезионные, силы Ван-дер-Ваальса, электростатические, пьезоэлектрические, электромагнитные, реологические.

Миниатюрная мехатронная микроэлектромеханическая система, в том числе робототехническая, может содержать микродатчики, микроактюаторы, микропроцессоры, входящие в общую систему управления, которые в сочетании с микроактюаторной привязкой осуществляют микромеханические управляемые перемещения.

К наиболее распространенным технологиям изготовления миниатюрных и микросистем можно отнести ЛИГА-технологии, лазерные, электроискровые, микромашинные для обработки поверхностей, ультразвуковые.