СИСТЕМЫ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

В связи с ухудшением экологической обстановки, возрастающей вероятностью возникновения техногенных катастроф, связанных в первую очередь с атомными объектами, а также с проявлением терроризма возникла острая необходимость создания мобильных миниатюрных систем. Эти на первый взгляд игрушечные устройства должны выполнять сложнейшие задачи по передвижению в различных средах и по поверхностям, а также осуществлять ряд технологических операций (например, взятие проб зараженного грунта). Эти АМР (Автономные микророботы) могут быть оснащены микроманипуляторами.

Особое место с точки зрения уменьшения размеров системы занимают АМР (Автономные микророботы), предназначенные для малотравматичных хирургических лапороскопических и внутрисосудистых операций. Удаление холестериновых бляшек на стенках сосудов, прижигание язв внутри пищевого тракта при помощи АМР выполняются в настоящее время во многих крупных клиниках мира. Основной трудностью при разработке таких систем является энергопитание, осуществляемое в настоящее время по тонким проводам, а также создание рабочих органов и средств их очувствления. Микроэндоскопические АМР предназначены для осмотра внутренних полостей организма, а также для взятия микрообразцов тканей для онкологических исследований.

Приборные СМП могут быть составными частями как различных аппаратов и приборов обычных габаритов, так и элементами ММС (Микроманипуляционные системы) и АМР. В первую очередь к ним можно отнести различные средства для доставки информации и ее перераспределения. В первую очередь наиболее перспективны оптоэлектронные устройства, где основными элементами являются мини- и микрозеркала, а также оптические волноводы. К ним относятся оптические сканеры, волоконно-оптические переключатели, матрицы микрозеркал для дисплеев. Потребности в этих системах ощущаются в таких областях как полиграфия, цифровая обработка изображений, проверка качества изделий, считывание штрих-кода, конфокальная микроскопия, эндоскопия, передача информации через оптоволоконные распределители информационных потоков. Для этих устройств характерны следующие характеристики: диаметр (максимальный размер) зеркала от 0,4 мм до 5 мм, угол сканирования от 2° до 25°, частота сканирования от 100 Гц до 40 кГц. Волоконно-оптические переключатели состоят из оптических волноводов, между торцами которых на пути луча устанавливается система подвижных микрозеркал размерами порядка 0,2 мм и толщиной 5 мкм. Угол поворота таких зеркал достигает 28°.

В информационных лазерных системах используются элементы адаптивной оптики - деформируемые зеркала с управляемой локальной кривизной, в которых местные деформации ограничиваются 1 -г 3 мкм.

Следующим перспективным направлением приборных СМП является развитие мини- и микроустройств пневматики и гидравлики. Еще в 90-х годах прошлого века ведущие компании стали использовать биморфные пьезоприводы в качестве микровентиляторов для охлаждения мощных интегральных микросхем, в частности процессоров. Вибрация пьезопластин на частотах порядка 20 кГц обеспечивает достаточную конвекцию воздуха для создания нормального режима работы процессоров. Для управления давлением, движением и распределением потоков жидкости и газа с расходом порядка 0,1 -100 мм3/'с в миниатюрных устройствах автоматики с 80-х годов начали применять микроклапаны, микродозаторы, микронасосы и микрорегуляторы.

Такие приборные СМП необходимы для создания аппаратов, обеспечивающих поддержание нормальных физиологических параметров пациентов при круглосуточном мониторинге их состояния в реанимационных отделениях клиник, а также для инсулинозависимых больных. Кроме того, миниатюрные и микроустройства пневмогидроавтоматики необходимы для работы миниатюрных аналитико-технологических устройств, установленных на АМР, в химической и фармакологической промышленности, для осуществления постоянного мониторинга окружающей среды и в агрессивных средах.

К приборным СМП относятся также сенсорные микросистемы. Чувствительные элементы сенсорных микросистем, являющиеся первичными преобразователями входящих сигналов, выдают на выходе электрический сигнал, соответствующий внешнему воздействию. Внешнее воздействие может иметь различную природу: механическую, электрическую, магнитную, химическую, радиоактивную и т.д. В этой области находят применение МЭМС. Особое место занимают вибрационные микрогироскопы, применение которых в беспилотных малогабаритных летательных аппаратах существенно улучшают их динамические характеристики при больших перегрузках.