Мехатроника – основа интеллектуальной техники будущего

Рассмотрены тенденции развития мехатроники и перспективы создания микроминиатюрных машин и механизмов на базе микросистемной техники.

В последние годы сложились общие тенденции развития техники и технологии, которые обещают революционную перестройку буквально всех сфер человеческой деятельности, – миниатюризация и интеллектуализация.

Эти тенденции тесно взаимосвязаны и постепенно, как форма и содержание, сливаются в микросистемную мехатронную технику.

В фундаменте этого процесса – реализация обеих тенденций в основных компонентах этой техники – сенсорных, информационно-управляющих и исполнительных (силовых), и их сближение на базе развития общих трехмерных (3D) микросистемных технологий. Это, прежде всего, позволит приступить к созданию принципиально новых типов малоразмерных технических объектов и систем, например, летательных аппаратов, роботов, протезов и т.п. Однако не в меньшей степени эти тенденции порождены и потребностями остальных отраслей машиностроения вплоть до тяжелого – ракетно-космического, станкостроительного, транспортного и др., открывая возможности создания наукоемких технологий по созданию машин новых поколений, создание которых невозможно на основе существующих элементной базы и технологий.

Очевидный вывод из изложенного – необходимо на государственном уровне на основе системного анализа перспективных потребностей всех отраслей хозяйства страны приступить к опережающей дальнейшее развитие этих глобальных тенденций разработке указанных выше компонентов в виде системы унифицированных мехатронных модулей, охватывающей весь типоразмерный диапазон изделий машиностроения от тяжелого до микро-, а в перспективе и наносистем.

Организация этой работы и последующего промышленного производства таких модулей на основе взаимовыгодной кооперации и специализации основных отраслей обеспечит необходимую базу всем отраслям хозяйства страны для создания требующейся им техники новых поколений, модернизации существующей и развития их экспорта.

На рис. 1 показано развитие процесса миниатюризации основных компонентов технических систем. Внизу слева приведены типовые примеры компонентов и элементной базы для отдельных этапов их развития. Первый качественный прорыв был сделан в информационно-управляющих компонентах на базе 2D-микроэлектронных технологий, и до последнего времени эти компоненты продолжают лидировать в данном процессе и практически уже не лимитируют общий прогресс миниатюризации технических систем в целом. Для последнего наиболее важным стала микроминиатюризация сенсорных компонентов на базе 3D-микросистемных технологий. Однако основными компонентами, сдерживающими дальнейшую миниатюризацию технических систем, являются исполнительные (силовые) компоненты. Они до настоящего времени базируются в основном на технических идеях двигателей XIX века. Их будущий прогресс связан с созданием микроминиатюрных машин и механизмов типа искусственных мышц на базе 3D-микросистемных технологий.

Рис. 1 демонстрирует общую тенденцию сближения и в перспективе конструктивного слияния всех компонентов на общей технологической базе микросистемной техники. Вывод – приоритетной основой машин и систем будущего должна стать единая система их компонентов в виде функционально, конструктивно и информационно унифицированных модулей (овал внизу справа).


	Рис. 1. Развитие компонентов технических систем

Развитие общей тенденции миниатюризации техники применительно к робототехнике и автоматике показано на рис. 2. Процесс состоит из этапов эволюционного развития, сменяющихся переходом на качественно новые виды техники. Сверху эволюционных кривых приведены названия этих этапов, а снизу – примеры соответствующих типов роботов.


	Рис. 2. Развитие технических систем (роботы и автоматы)

На рис. 3 показана принципиальная последовательность создания мехатронной базы машин и систем новых поколений, которая может быть реализована на основе соответствующей межотраслевой научно-технической программы.


	Рис. 3. Схема создания мехатронных машин и систем