Bygning da Vinci-maskiner på mikroskopisk skala - University of Utah MEMS Projekter

af Mr. Austin Welborn

Abstrakt

Leonardo da Vinci er kendt i hele verden for hans kreative geni. Blandt hans innovative tekniske tegninger vi finder design af mekaniske vinger, militær artilleri, anatomiske tegninger, og meget mere. Mange af nutidens teknologier er baseret på da Vincis originale koncepter, fordi de var så fremskreden på det tidspunkt, og selv etablerede mange grundlæggende elementer i maskinens teknik. Mennesker gennem historien har æret sine designs ved at bygge moderne reproduktioner baseret på hans tekniske tegninger. Hvilken bedre måde at ære da Vinci, end ved at indarbejde nogle af hans tekniske tegninger i dagens fremstillingsteknologi? Dette papir beskriver en anden måde at bygge da Vinci-maskiner, men med den ekstra ironi gøre det i mikroskopisk skala. Vores MEMS (Micro Electro Mechanical System), da Vinci-chip kan prale af tre velkendte designs, efterlignede da Vincis mekaniske begreber: mekanisk løve, den Vitruvianske mand, og en bevinget maskine, der er en kombination af to af da Vincis visioner for flyvende enheder. I yderligere til da Vinci-chip, har vi inkluderet flere forskellige mekanismer, der aktiveres hver af de designs. Disse mekanismer omfatter elektrostatik, termiske aktuatorer, og coulombic frastødning.

Indledning

Leonardo da Vinci kunne have nydt godt af moderne materialer og fremstillingsteknikker. Mange af hans maskine visioner (især de flyvende dem) var dødsdømt fra starten på grund af materielle styrke-til-density nøgletal og tyngdekraft dominans. Vi vil gerne tro, at da Vinci ville godkende i bestræbelserne på at bringe sine designs i mikroskala, hvor overfladen til volumen-forholdet effekter stort set eliminerer gravitationelle effekter, til fordel for overfladeareal effekter, såsom overfladen ladningstætheden effekt, vi bruger til at fordel i at bringe sin mikroskala maskiner spontant til livet.

Når du forsøger at skabe nogle af Leonardo da Vincis mekaniske design og bringe i nogle af sine ikoniske tegninger i MEMS, er man nødt til at forstå, hvordan mekaniske anordninger arbejde. Med denne chip, forventede vi, at design er nødvendig for at være identisk med da Vincis design, men stadig omfatte strukturer og komponenter relateret til MEMS. Dermed var vores chip designet med tre forskellige vigtige komponenter / fænomener. Disse omfatter termiske aktuatorer, brug af coulombic frastødning mellem MEMS strukturer, og elektrostatik.

De tre design omfatter da Vinci mekaniske løve, den Vitruvianske mand, og en kombination af den flyvende mekanisme og blafrende vinger.

Tre MEMS Designs

Den mekaniske løve (figur 1), den Vitruvianske mand (figur 2), og en kombination af den flyvende mekanisme (figur 3) og blafrende vinger (figur 4) blev brugt til at oprette tre meget karakteristisk MEMS designs, hvis artisteri og kompleksitet er aktiveret af de mest avancerede overfladen mikro-proces i verden, topmødet ™ arkitektur fra Sandia National Labs.

Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur 4

MEMS mekaniske løve (figur 5) bruger en speciel 4-bar kobling lavet ud af en krank rocker og et håndsving skyderen, som er den samme tilgang, da Vinci, der anvendes i sin oprindelige mekaniske løve. Dette giver mulighed for løven at gå / løbe med alle 4 ben på samme tid. MEMS Vitruvianske mand (figur 6) bruger 4 varm-kold termiske aktuatorer i serie til at tillade Vitruvianske mand til at udføre sprællemænd. MEMS flyvende maskine (figur 7) anvender blafrende vinger (Figur 4) og kroppen rammen af ​​den flyvende mekanisme (figur 3) i kombination. Oplad pumpe bruges til at hæve vingerne fra overfladen af ​​den chip spontant når de afbildes af SEM. Der er også en grund bro direkte over bjælker forbundet med vingerne, så vingerne til at varetage når du rører ved broen. Dette så gør vingerne for at falde tilbage ned til chip og opbygge coulombic frastødning endnu engang at skabe en "flagrende" bevægelse. Med alle tre motiver, kan man se, hvordan kombinerer både da Vincis designs i mikroskala skabe noget, der ikke har været set før. Vi tilbyder denne da Vinci-hyldest i håb om, at det vil inspirere endnu flere generationer af ingeniører.

Figur 5

Figur 6

Figur 7

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org