בניין דה וינצ'י מכונות בקנה מידה מיקרוסקופי - אוניברסיטת יוטה MEMS פרוייקטים

על ידי מר אוסטין Welborn

אוסטין Welborn, ד"ר איאן הארווי בריאן בייקר. המחלקה להנדסת מכונות , אוניברסיטת יוטה
המחבר מקבילים: austinraywelborn@yahoo.com

מופשט

ליאונרדו דה וינצ'י ידוע ברחבי העולם עבור גאון היצירה שלו. בין שרטוטים טכניים חדשניים שלו אנו מוצאים את העיצובים של כנפיים מכני, הארטילריה הצבאי, רישומים אנטומיים, ועוד. רבים מן הטכנולוגיות של היום מבוססים על מושגים המקורי דה וינצ'י כי הם מתקדמים כל כך באותה עת, ואף הקים יסודות רבים של הנדסת מכונות. אנשים לאורך ההיסטוריה לכבוד העיצובים שלו על ידי בניית העתקים מודרנית המבוססת על שרטוטים טכניים שלו. איזו דרך טובה יותר לכבד דה וינצ'י יותר על ידי שילוב של כמה שרטוטים טכניים שלו לתוך טכנולוגיית הייצור של היום? מאמר זה מתאר דרך נוספת בבניין דה וינצ'י מכונות, אבל עם אירוניה נוספת לעשות זאת בקנה מידה מיקרוסקופי. MEMS שלנו (מערכת מיקרו אלקטרו מכני) שבב דה וינצ'י מתגאה three עיצובים מוכר, מחקה מושגים מכני דה וינצ'י: אריה מכני, האיש Vitruvian, ומכונת מכונף שהוא שילוב של שני חזונות דה וינצ'י עבור מכשירים מעופפים. בשנת נוספים השבב דה וינצ'י, כללנו מנגנונים שונים כי להניע כל אחד העיצובים. מנגנונים אלה כוללים אלקטרוסטטיקה, ומפעילים תרמית, ודחייה coulombic.

הקדמה

ליאונרדו דה וינצ'י היה יכול נהנו בחומרים מודרניים וטכניקות הייצור. רבים חזיונות המכונה שלו (במיוחד אלה מעופפים) נידונו מלכתחילה בגלל כוח ל-יחסי צפיפות החומר הדומיננטיות כבידה. היינו רוצים לחשוב כי דה וינצ'י היה לאשר את המאמצים להביא עיצובים שלו לתוך microscale, שם את פני השטח תופעות יחס נפח לחסל כמעט השפעות הכבידה, לטובת האזור תופעות פני השטח, כגון השפעת תשלום משטח צפיפות אנו משתמשים כדי יתרון בהבאת מכונות microscale שלו באופן ספונטני לחיים.

כאשר מנסים ליצור כמה עיצובים מכני של ליאונרדו דה וינצ'י ולהביא בכמה ציורים האיקוני שלו לתוך MEMS, יש להבין איך לעבוד מכשירים מכניים. בעזרת שבב זה, אנו מצפים כי עיצובים הדרוש כדי להישאר זהה עיצובים דה וינצ'י, אבל עדיין לשלב מבנים ורכיבים הקשורים MEMS. בעשותו כן, השבב שלנו נועד עם שלושה מרכיבים עיקריים / תופעות שונות. אלה כוללים מפעילים תרמית, השימוש דחייה coulombic בין מבנים MEMS, אלקטרוסטטיקה.

שלושת העיצובים כוללים אריה מכני דה וינצ'י, האיש Vitruvian, וכן שילוב של מנגנון מעופפים כנפיים.

שלושה עיצובים MEMS

האריה מכני (איור 1), האיש Vitruvian (איור 2), וכן שילוב של מנגנון טס (איור 3) ו - כנפיים (איור 4) שימשו כדי ליצור שלושה עיצובים MEMS מיוחד מאוד, שאת אמנות והמורכבות מופעלת על ידי תהליך המתקדמות ביותר השטח micromachining בעולם, את הארכיטקטורה ועידת הפסגה ™ מ Sandia National Labs.

איור 1

איור 2

איור 3

איור 4

MEMS אריה מכני (איור 5) משתמשת הצמדה מיוחד 4 בר עשוי נדנדה ארכובה מחוון כננת, אשר הגישה אותו דה וינצ'י אריה מכני בשימוש המקורי שלו. זה מאפשר האריה ללכת / לרוץ עם כל 4 הרגליים בו זמנית. האיש MEMS Vitruvian (איור 6) משתמשת 4 חם קר ומפעילים תרמית בסדרה כדי לאפשר את האיש Vitruvian לבצע קפיצות. מכונת MEMS טס (איור 7) משתמשת כנפיים (איור 4) ואת מסגרת הגוף של מנגנון טס (איור 3) בשילוב. טעינת שאיבה משמש כדי להעלות את הכנפיים מפני השטח של השבב באופן ספונטני כאשר צילמו באמצעות SEM. יש גם גשר הקרקע ישירות מעל הקורות מחוברת כנפי לאפשר הכנפיים לפרוק כאשר נוגעים גשר. אז זה מאפשר הכנפיים ליפול בחזרה אל השבב ולבנות את הדחייה coulombic שוב כדי ליצור תנועה "נפנוף". עם כל שלושת העיצובים, אפשר לראות כיצד שילוב של שני דגמים של דה וינצ'י ב microscale ליצור משהו שלא נראו קודם לכן. אנו מציעים זו מחווה דה וינצ 'י בתקווה שהיא תעורר עוד דורות נוספים של מהנדסים.