ההשפעה של ננוטכנולוגיה על מיניסטרואנטים מיניאוטוריים

המונחים: ננוטכנולוגיה ומכטרוניקה

Mechatronics - השילוב החלקי של מערכות מכניות, אלקטרוניות ומדישובים - הוא חווה את הטרנספורמציה העמוקה ביותר שלו מאז המיקרובקרים הראשונים היו מוטבעים בכוננים הנדסיים.על ידי חומר הנדסי בקנה מידה בין מאה ננומטרים, חוקרים ויצרנים אינם רק מתכווץ עיצובים של דחיסות סייבר ותעשיות פונקציונליות שאינן אפשריות מבחינה פיזית בחומרים גדולים.

חומרים ננומטריים מעצבים עיצוב משותף

בלב של מרכיבים מכוסטרניים מיניים מוקרן חומרים מהונדסים אשר תכונות חשמליות, תרמיות ומכניות מופיעות רק ב- ננומטרי.חומרים אלה אינם רק בהתנהגות גדולה; הם מציגים יכולות חדשות לחלוטין המאפשרות ארכיטקטורות של מכשירים מהפכניים.

פחמן ננופס וגביע

צינורות פחמן (CNTs) ו גרפן מציעים עוצמות של מאות פעמים גדול יותר פלדה עם חלק קטן של משקל. כאשר משולבים אלמנטים אקטוטור או עור מבני של איברים מיקרו-בוגניים, הם מספקים נוקשות יוצאת דופן עם מינימום אינרציה. CNT-reinforced חומרים פולימרים מורכבים המאפשרים מיקרו-גיליים לקיים מהירויות גבוהות ללא עיוות תרמילאי נשימה.

Metal Oxide Nanoparticles

טיטניום דו-חמצני, תחמוצת אבץ, ו- tin- חלקיקים כוח דור חדש של חיישנים גזים נצ'ריביים קומפקטי מספיק כדי להטביע בלבוש או במודולים חכמים.יחס הפנים-ל-לשטח שלהם מאפשר כמה מיקרוגרם של רכיבי חומצה הידרוגנית נוזלית כדי לזהות ריכוזי גזים-דלקתיים אחרים.

Piezoelectric ננווטs

Znc oxide ועופרת zirconate titanate ננוwires לייצר מתח אמין ממתח מכני דקה. הם משמשים כמו חיישנים טקטיליים מופעלים עצמית עבור אצבעות רובוטיות, קציר אנרגיה מהרטטים שהם מודדים.זה מבטל את החיוט חיצוני במערךים צפופים, המאפשרים אלפי נקודות חישה באופן ישיר עבור סנטימטר רבוע.

ננוסנסורים: Pushing Sensory Boundaries

מערכות mechatronic מודרניות דורשות משוב חושי כי הוא גם דינמיות הרגעי. nanosensors לספק על שני הקדמיות, לעתים קרובות מטושטש קו בין תפיסה דיגיטלית ביולוגית. a טיפוסי nanosensor מורכב של רכיב הכרה - כגון nanoccate אטומי nanowire או nanoparticle - מופעל עם מנגנון קידוד חם (אופטימי, חשמל, או מכני).

• (FLT:0) ניטור בריאותי של סטריקטל:FLT:1 חיישנים מתוחים פחמן ננוtube משובצים בחומרים מורכבים מדווחים באופן קבוע על הפצת מתח בכנפיים מטוסים ובלהבות טורבינות רוח.
• (FLT:0Chemical Detection: 1) chemiresistor יחיד פונקציונלי עם רצועות ספציפיות יכול למצמץ תרכובות אורגניות נשימות לאבחון מוקדם של מחלות בשלב - לא גדול יותר מאשר גרגר חול.
• (FLT:0 Magnetic Field Mapping:FLT:1 חיישנים ננו-החל עשויים של InSb קוונטים בארות להשיג רגישות פיקוטסלה, המשמש ראשי בדיקות לא הרסניים לסרוק עבור סדקים מיקרוסקופיים צינורות.

חיישן ננו-אופטימי עבור Imaging

מעבר ל-transduction חשמלי, ננופוטניק חיישנים מנצלים אפקטים plasmonic כדי לזהות שינויים באינדקס השביר עם זמני תגובה תת-מילות. Gold nanorod ערכות על גבי סיבים מאפשר זיהוי ללא תווית של biomolecules בזרימה, מתאים למעקב בזמן אמת של תרבויות תאים ביולוגיים המשמשים להנדסת רקמות.

NA-Actuators: Molecular-Scale Motion

בעוד חיישנים אוספים מידע, פועלים אלקטרונים להמיר פקודות להילוך פיזי.ננוטכנולוגיה דוחפת עיצוב למניפולציה מולקולרית ישירה, המאפשרת תנועות כי הם חלק, ללא אצבע נקייה, ולעתים קרובות אנרגיה-הפועלים של חומרים המתנורממאניים לקבוע מתגים אלקטרו-פרניים רגישים על ידי צינורות אלקטרו-פרציאליים חזקים (מפרקים חשמליים) עם רמות אלקטרו-דלקתיות גבוהות של פחמן (דלקתיים) עם תאים אופטיים) מפוארומטיים קטנים של חומר נפץ (דלקתיים).

• (FLT:0 Magnetic Shape ננוקומביטים: OVAFLT:1 Ni-Mn-Ga ננו-חלקיקים בצורת ממטריקס פולימר תחת שדה מגנטי, המאפשר מיקרו-pumps אלחוטיים בתאים תרופות.
• (FLT:0Delectric Elastomer Actuators: OVAFLT:1) A 20 מיקרון-תיק סרט אקרילי עם ריסוס אלקטרודות פחמן ננו-בוחות משתרע על ידי יותר מ-100% כאשר מתח מוחל, מתנהג כמו עדשות טונה במערכות אוטוקוס מצלמה זעירות.
• (FLT:0)Ultra-Fast Switches:031) ננופוטניקים מקיפים אותות אור ברשתות סיבים אופטיים בפחות מ-10 מיקרו-שניות, ומסייעים למרכזי נתונים להתמודד עם עומסי שיא ללא צווארי בקבוק אלקטרוניים.

אלקטרוקינו-מעשים לשליטה בפלוריד

במערכות mechatronic microfluidic, משאבות אלקטרו-וסקומטיות עם מערך ננו ערוצים לספק שיעורי זרימה מדויקים בנפחים picoliter. על ידי יישום שדות חשמליים על פני צינורות ננו ערוצים, משאבות אלה נעים נוזלים ללא שסתום מכני, צמצום ללבוש ומאפשר פלטפורמות ניתוח כימי נייד משולב עם ננוסנסרים, הם יוצרים מערכות מעבדה-a-chip המסוגלות של דגימות אוטומטיות וזיהוי עבור ניטור סביבתי.

עיבוד אלקטרוניקה ו- Signal

ערימה של כל מערכת mechatronic - המיקרובקר ואת המעגלים התומכים שלה - יש לעבור טרנספורמציה דרמטית באמצעות מודולים nanoטכנולוגיה. ליתוגרפיה המסורתית מתקרב גבולות פיזיים, ושיטות nanofabricationizing חדשות לקיים את החוק של מור בתחום mechatronic.

• (FLT:0) סינפסות מסינריות:Nanoscale titanium דו-חמצני memristors לחקות הפלסטיות סינתטיות עבור שבבי בקרה נוירומורפיים אשר לומדים דפוסים גאותטיים בזמן אמת עבור exoskeletons.
• (FLT:0)אנרגיה קצירת ICs:03F1) ננו גנרטורים תרמואלקטריים בנוי על תת-סטריטים גמישים להמיר חום גוף לאספקת DC מוסדרת עבור חזיות mechatronic לביש.
• (FLT:0) מקבלי חשמל ללא תשלום:FLT:1 On-chip nano-antennas לתקן את אנרגיית RF מקרית עם יעילות מעל 50% במרחק של יותר משני מטרים, המאפשרת החיישן ללא סוללות במפעלים חכמים.

3D Stacked Nano-Chips for Mechatronicאינטגרציה

באמצעות silicon באמצעות (TSVs) עם קוטר nanoscale מאפשרים ערימה אנכית של מעבד, זיכרון, חיישן למות, צמצום אורך החיבור בין-תחומי ו capaciacitance parasitic. חברות כמו STMielectronics אימצו חיבור היברידי עם ננופילרים כדי להשיג היערכות sub-micron, המאפשר יחידות שליטה קומפקטית עבור רובוטים המשלבים, 000 פעולות עיבוד יחיד.

אחסון אנרגיה ב-Nanoscale

רכיבים מיניארוגנטיים אינם יכולים להסתמך על תאי מטבע גדולים או על תאי חשמל מחווטים. nanoטכנולוגיה מחדש אחסון אנרגיה מתוכו, המספקים אנרגיה גבוהה ומשקפי חשמל בגורמים המתאימים לסיליקון מתים. nanostructured אלקטרודות - nanowires alictions, nanoflakes דו-חמצני חמצני דחוסים, ו-Gemganese-sulsfursive חלקיקים - 000 קיבולת גבוהה של מחזור חשמלי של זמן קצר לאחר מכן, כלומר, 000 של לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ דם גבוה.

• (FLT:0)Solid-State Thin-סרט Batteries:FLT 1 LiPON אלקטרוליטטה שכבות רק מיקרון אחד עבה מאפשר מקורות כוח שקוף, מצופה עדשות מגע חכמות.
• (FLT:0Micro-Fuel Cells:FreaLT:1 ⁇ זרזי פלטינה ננו- ⁇ מגבירים את קצב החמצן של methanol, ומאפשר תאי דלק מיקרו-שקוף לאמצעי טיס"ט של חשמל למשך שעות.
• (FLT:0) ,Kinetic Energy Harvesters:FLT:1 , Piezoelectric ננוגנים זורק לתוך בדים לטעון supercapacitors גמישים, לקיים מפרקים mechatronic ללא התערבות של משתמשים.

אתגרים וביטוח איכות

ננוטכנולוגיה גמישה ממעבדה לייצור המוני אמין נשאר hurdle non-trivial: חלקיקים זעירים של חומרים נוגדי בקרה זעירים, לעתים קרובות דורשים שילוב heterogeneous: nano-sensor המוטבע על תהליך אחד, חייב להתחבר ל-CMOS תאורה אחורית של פתרונות למניעת הריון (Ricial Recaprece-corece) עם יעילות גבוהה מדי (Riciallyce) של אבטחה) של CMVupicial Retrace-upicial Retrace-upicial Retrace-blocking) ו-upicial Retraceine de laticances) של פתרונות למניעת CMVird.

שכבת אטומית עבור Conformal Coatings

סגסוגת שכבת אטומית (ALD) מאפשרת את הצמיחה של סרטים דיאלקטריים ללא פשרות ומתכת עם בקרת עובי ברמת אנגסטרום. עבור רכיבים mechatronic, ALD alumina שכבות להגן על nanomaterials תגובתיים מלחות ו ionic contaminants, בעוד ALD ruium משמש מחסום דיפוזיה ב interconnects נחושת.טכניקה זו עכשיו בקנה מידה עבור מילימטרים, מה- 300, מה שהופך את זה יעיל עבור ייצור meperable.

תגית: Ingestible Mechatronic כמוסות

שקול מכשיר mechatronic בגודל גלולה שנועד ללכוד תמונות ברזולוציה גבוהה של מחסנים esophagus ו מעיים קטנים.ללא ננוטכנולוגיה, כמוסות כזו תהיה גדולה יותר, יש חיי סוללה מוגבלים, ומייצר תמונות נמוכות-contrast. על ידי שילוב תמונה CMOS ספציפית nano-structured עם photodiodes קוונטית dot-enanced, כמוסות מפורטות בתמונות nano-to-to-to-reme זה מתאים נפחד של חומר ניקוי של חומר ניקוי מלא של חומר ניקוי של חומר ניקוי מגנטית של חומר ניקוי מגנטית 10.

מחקר מקרה: Nano-Mechatronics בגלגלי תגובה של לווין

(קוביות ולוויינים קטנים מסתמכים על גלגלי תגובה לשליטה בגישה.גלגלים מסורתיים הם רבגוניים וגלויים-פרון-פרון (Andrews-mechatronic) ו-Auto-prone (Rano-mechatronic) משתמשים ב-Mosneysssssssssssssssssssssssssssssssss מגנטיים דמוי פחמן nanocomposite כדי לייעל דיוק מסתובב ב-100,000 Rv-V-Acc-Acc-Hal-Avcraft-Acc-Acc-Hal-Acc-Acc-Hal-Hal-Hycrunercrunercrunernbsp; על ידי NCRSquaretine של בנייה של NCR-Acc-Hal-R.

הדרך Ahead

גבולות nanoטכנולוגיה במכטרוניקה אינם רק מיני-אוריטיזציה; זה ההתכנסות עם חומרים מלאכותיים וחומרים אשר לומדים.צורה-memoryסגסוגת חלקיקים ניתן לאמן באמצעות אופניים תרמיים כדי לזכור תבניות מתוחכמות, המאפשרים למחולל את המנגנונים הבין-אישיים שלה על פני זמן.