Боевая пыль

Американские ученые объявили об изобретении крошечных «умных» пылинок кремния, способных выявлять присутствие отравляющих газов. При появлении в воздухе хотя бы одного из тысяч опасных газов чипы микронного размера, вклеенные в стену, меняют свою окраску. Разработка американских ученых – лишь один из примеров использования микроэлектромеханических систем.

В романе польского фантаста Станислава Лема «Непобедимый» грозным оружием будущего были не громоздкие космические крейсеры, а микроскопические частички кремния. Эти песчинки, объединяясь в пылевые тучи, превращались в мощное оружие, а рассыпавшись на составляющие, представляли собой безобидный кварцевый песок. Предсказания фантаста превращаются в реальность. Благодаря исследованиям в области микроэлектромеханических систем (МЭМС) создание боевой пыли становится вполне возможным.

Место взрыва

Микромеханические технологии (их также называют нанотехнологиями) стали одним из наиболее перспективных направлений прикладной науки, и именно здесь ожидают технологического взрыва, который надолго определит пути развития техники.

МЭМС представляют собой набор механических элементов, датчиков и электронных схем, собранных на единой кремниевой подложке. Традиционный микропроцессор является лишь проводником электричества и способен лишь на то, чтобы решать определенный алгоритм и выдавать тот или иной электрический заряд. Микроэлектромеханические же устройства способны не только снимать определенные данные, но и выполнять некие движения, то есть выступать в роли микророботов.

Изготовление МЭМС очень похоже на создание микросхем. Здесь также используются кремниевые пленки и вода. Крохотные детали наслаиваются одна на другую и «спекаются» за счет использования различных химических или электрических реакций. МЭМС можно использовать в самых различных сферах человеческой деятельности – в телекоммуникациях, медицине, на транспорте.

На крыле и в желудке

Весьма широко МЭМС применяют в авиации. Например, на кромку крыла самолета наносят матрицу из микроклапанов, управляемых МЭМС. Эта мера, разработанная государственным университетом Аризоны, позволяет повысить порог турбулентности в граничных слоях воздуха, создавая на поверхности крыла управляемую шероховатость высотой от 5 до 20 микрометров. Другой способ применения МЭМС – контроль состояния шин, используемый компанией Goodyear Tire & Rubber Company. В этом случае на колесо устанавливается модуль, который содержит датчик давления, датчик максимальной температуры, счетчик оборотов и т.д.

Устройства МЭМС, оснащенные датчиками ускорения, встраиваются и в автомобильные подушки безопасности. Надежность подушки при этом возрастает, а ее стоимость уменьшается. Отдельный электронный сенсор, устанавливаемый возле подушки, стоит $50, тогда как оснащение подушки микромеханическими датчиками обходится всего в $5 – $10.

Очень перспективно использование МЭМС в медицине. К примеру, МЭМС, будучи вмонтированными в пилюлю, могут управлять ее поведением. Пилюля движется по желудочно-кишечному тракту человека и дозированно распределяет лекарство на тех участках пищеварительной системы, где это необходимо. Кроме того, таблетка, оснащенная МЭМС, может выполнять исследовательские задачи: путешествуя по организму человека, она способна «докладывать» врачу свои наблюдения, выполняя тем самым функции традиционного аппарата для гастроскопии или рентгеновской установки.

По словам заместителя менеджера института передовых технологий Samsung Алексея Николаева, микроэлектрические системы применяются в микроволновых печках, компьютерах, стиральных машинах. Для покрытия широко известных бритвенных лезвий Gillette также используются нанопленки.

Пожалуй, самым экзотическим примером использования МЭМС служит «пылевое облако-шпион», разработанное Калифорнийским университетом в Беркли. Облако состоит из сенсоров диаметром несколько тысячных долей миллиметра, способных передавать информацию на несколько десятков километров. Распыленное с самолета облако в состоянии контролировать множество физических параметров, в том числе радиационную, магнитную обстановку и т.д.

Гонка длиной 15 лет

Развитие МЭМС началось в конце 1980-х – тогда же, когда началась гонка между производителями традиционных кремниевых интегральных микросхем. Лидером в секторе нанотехнологий являются США. Американцы занялись проблемами МЭМС в 1987 году. В 1988 году возможностями МЭМС заинтересовались и в Японии. Европейский нанотехнологический проект NEXUS заработал в 1996 году. В 1991 году на работы в области микроэлектромеханических систем было истрачено $150 млн, в 2000 году – $10 млрд. Экспериментами в области МЭМС занимаются практически все крупные технологические компании, в том числе Motorola, Samsung, IBM. Всего же число компаний, так или иначе связанных с разработками в области МЭМС, превышает несколько сотен. Менеджер по развитию нанопрограмм Motorola Анатолий Коркин говорит, что к исследованиям в области МЭМС подключаются и российские ученые. В частности, у Motorola есть два исследовательских центра в России – в Санкт-Петербурге и Москве, а также совместный проект с исследовательским институтом в Сарове.