Category: производство

Category was added automatically. Read all entries about "производство".

Turbo Boost

Микрофабрики

Процитирую Александра Оликевича из http://www.membrana.ru/articles/interview/2008/06/02/141800.html :
«Мы считаем, что вот так, нахрапом, нанотехнологии не возьмёшь. Сначала надо освоить обычные технологии, разные там молотки, свёрла.

Потом – микротехнологии. Микротехника – область, вполне приветливая и доступная для всех желающих. Оптический микроскоп и микроманипулятор из "Кулибина" могут творить чудеса микротехники в руках домашнего мастера. А потом уже можно будет построить любительский электронный микроскоп, наноманипуляторы – и приняться за нанотехнологии вплотную. Это и будет финалом эволюции "Кулибина" — нанофабрика, где вместо фрезерования будет сборка из атомов по компьютерной модели. Так что мода — это хорошо, но успех в нанотехнологиях потребует от всех нас настойчивой практики».

Для многих задач не обязательно ждать нанороботов. Можно миниатюризировать обычное химическое производство. Допустим, типичные контейнеры с химикатами и контейнеры, в которых происходит химические реакции, имеют объем в 1 см. куб. Тогда в ящик размером с письменный стол можно вместить тысячи таких контейнеров. (Даже миллион – 100*100*100). С различными веществами, с зонами для тысяч видов различных реакций. Каналы для сообщения между контейнерами могут быть еще меньше. Тогда можно будет получать очень широкий спектр веществ в одной компактной фабрике, даже домашней.

Вдохновение дала «Платформа НАНОФАБ 100» http://www.ntmdt.ru/platform/nanofab100 . Множество модулей, универсальная транспортная система. Отличие предлагаемого варианта от данной платформы: меньший объем, меньшие размеры твердых элементов (единицы миллиметров вместо 100 мм), ориентированность на традиционную химию, а не на высокотехнологичные исследования в области нанотехнологий, более плотное размещение и большая автоматизация.

Источники энергии для фабрики: в основном электрическая, опционально – солнечная батарея, газовая турбина, миниатюрный генератор на бензине/дизельном топливе. Источник бесперебойного питания для нормального функционирования в случае сбоев в энергоснабжении.
Источники веществ: воздух, вода, бытовой газ, внешняя загрузка других веществ.
Транспортная система: множество каналов для жидких, газообразных и твердых веществ. Для газообразных веществ каналы могут быть совсем небольшими. Перекрывающие клапаны повсеместно. Некоторое резервирование каналов для возможности параллельной работы. Микровентиляторы в жидких и газообразных средах для транспортировки. Система терморегуляции: система воздушного/водяного охлаждения, системы подогрева отдельных камер.
Средства контроля и анализа. Камеры и транспортировочная система содержат датчики температуры, массы, давления. По всему объему микрофабрики распределено множество спектральных анализаторов, атомных силовых микроскопов (благо, последние могут быть очень небольшими), датчиков щелочности и кислотности, и т. д.
Инструменты: центрифуги, возгонные аппараты, средства создания вакуума, прочистки каналов и т. п.
Система управления. Естественно, управлять таким разнообразием сможет только автоматика, на которую возлагаются следующие задачи:
* логистика: в какой камере что хранится, где происходят активные реакции, данные от камер, история всех изменений каждой камеры.
* разработка химических реакций под данную задачу. Миллионы химических реакций и веществ могут храниться внутри встроенной БД, так что особого интеллекта такому ПО не нужно. Для подавляющего большинства домашних задач этого хватит с головой. Запуск разработанной программы на исполнение.
* прокладка путей доставки веществ с учетом предыдущего состояния каналов (необходима ли очистка после предыдущего реагента? Скоро канал будет использован снова по предыдущему сценарию, и чистить его незачем, а лучше использовать свободный? Какие каналы можно использовать без очистки?), минимизации длины транспортировки, предотвращения очередей на работу (предотвращение пробок/простоев)
* контроль за химическими реакциями. Контроль времени и условий самой реакции по различным датчикам, контроль результатов.
Средства защиты. Аварийные системы перекрытия каналов. Камера поделена на модули/секции. Утечку и даже взрыв объемом в 1 куб. см. можно удержать в пределах одного модуля.
Параллелизм и массовость. Фабрика собирается из однотипных секций (десятки сантиметров). В каждой секции – своя транспортная система, камеры, датчики, микроконтроллеры и т. п. Большое количество камер позволяет содержать больше наименований веществ (и катализаторов реакций), за счет чего проводить более специализированные реакции, проводить реакции более экономно, хранить большие объемы сырья и конечных продуктов и реже их загружать/выгружать. Отдельные секции можно менять в случае поломки (потому что к камере внутри секции добраться проблематично, делать небольшие камеры с возможностью разбора их стенок не целесообразно – люди не будут вручную чинить такие мелкие детали). Если фабрику нужно расширить, можно просто добавить еще одну секцию. В случае поломки одной из секций, остальные могут продолжать работать. В случае неполадки, авария должна ограничиваться только одной секцией.

Такой проект пригодится не только дома, но и в обучении, в исследовательских лабораториях. направления дальнейшего развития - еще большая миниатюризация, вплоть до наносборки, через промежуточные стадии, повышение возможностей, увеличение экономичности, надежности и т. п. Например, для экономичности может быть целесообразно иметь камеры и каналы разных размеров и с разными степенями защиты - чтобы воду хранить в большой камере без опасения взрыва, а иприт хранить в камере с толстыми стенками. Добавить отдельные камеры для кроликов - нет, лучше дрозофил. Такая фабрика - важный инструмент обеспечения партизанского движения и национальной безопасности.