Мініатюризація мехатронных модулів і систем

Переходимо до розгляду третьої кваліфікаційної ознаки розвитку мехатронных систем - мініатюризації.

Сьогодні питання мініатюризації є ключовими в усіх галузях виробництва, найважливіше значення вони мають в мікроелектроніці, нанотехнологіях, генетиці і інших перспективних напрямах.

Істотна відмінність рівнів розвитку техніки, відповідних мехатронике і електромеханіці, обумовлена, передусім, появою мікроелектроніки. Мікроелектроніка забезпечила істотний розвиток мехатроники.

Сучасні мікроелектронні пристрої забезпечують принципово нові можливості для об'єднання(інтеграції) механіки і электроники, які по своєму рівню значно перевершують електромеханіку, що існувала раніше.

Мікроелектроніка грає ключову роль в реалізації машин нового покоління - мехатронных модулів і систем (зокрема, мікроелектромеханічних систем - МЭМС). Можна сміливо стверджувати, що нині зародилося новий напрям в мехатронике - микромехатроника.

По габаритних розмірах електромеханічні системи(ЭМС) умовно можна розділити на три класи:

– мініатюрні мають розміри в межах від 10х10х10 мм до 50х50х50 мм;

– мікросистеми, розміри яких знаходяться в діапазоні від мікрометра до декількох міліметрів;

– наносистеми мають розміри близько ста нанометрів(1 нм = 10-9 м).

У віддаленішій перспективі можна припустити, що в найближчі 15-20 років розвиток МЭМС-технологій характеризуватиметься наступними основними тенденціями:

– зростанням числа, якості і різноманіття промислового устаткування для виробництва МЭМС;

– кардинальним скороченням термінів розробки пристроїв(від моменту формування концепції до масового виробництва);

– збільшенням в 2-3 рази об'ємів виробництва МЭМС-пристроїв, що відносяться до товарів народного споживання;

– комплексною інтеграцією МЭМС-пристроїв в єдину функціонально завершену систему, виконану на одному чіпі (інтеграцією за принципом

«система в системі«в одній технологічній упаковці);

– зростанням числа країн, що здійснюють розробку і виробництво МЭМС-пристроїв.

Ідеологічно тісно пов'язані з нанотехнологіями мехатронные системи мікропереміщень(СМП), призначені для переміщень мініатюрних і мікро об'єктів на відстань не менше 1 мм. Сфера їх застосування останнім часом постійно розширюється.

Мехатронные системи мікро-переміщень повинні мати досить високу точність: мінімальний крок зазвичай не перевищує 1 % максимального ходу. Для створення пристроїв з такими характеристиками актуальні принципи мехатроники, що базується на з'єднанні в єдину систему механічних, електронних і електромеханічних частин.

Основні переваги мехатронных систем мікромеханіки полягають в компактності модулів і поліпшенні динамічних характеристик внаслідок спрощення кінематичних ланцюгів, а також високій надійності і завадозахищеності.

По своєму призначенню і функціональним можливостям ці системи можна розділити на системи(ММС) мікроманіпуляцій, автономні мікророботи(АМР) і приладові СМП.

ММС - це автоматизовані електромеханічні системи, призначені для здійснення технологічних операцій або для переміщення(маніпулювання) міні- і мікрооб'єктів.

У зв'язку з погіршенням екологічної обстановки, що зростає вірогідністю виникнення техногенних катастроф, пов'язаних, в першу чергу, з атомними об'єктами, а також з проявом тероризму, виникла гостра необхідність створення мобільних мініатюрних систем.