向微观系统进化

技术系统整体或子系统在进化发展过程中，向着减小尺寸的方向进化，倾向于达到很微小的尺寸，即向微观系统进化，却能更好地实现相同的功能，如微创手术(图6－56)。

图6－56　微创手术

例1:电子元件向微观系统进化(图6－57)。

作为一个典型，电子元件向微观系统的进化过程如下:电子管→晶体管→集成电→大规模集成电路→超大规模集成电路。大规模集成电路将成千上万的电子元件集成在一块小面积上。

图6－57　电子元件向微观系统进化

例2:播放器向微观系统的进化过程(图6－58)。

图6－58　播放器向微观系统的进化

除了系统整体向微观尺寸进化之外，还有一种情况是系统中的关键子系统向微观尺寸进化，而系统整体尺寸并不缩小，因为工作对象没有缩小。

例3:浮法玻璃制造中传动辊进化为分子级的锡水池，而系统尺寸并没有缩小，因为玻璃没有缩小。

例4:金属切削加工刀具向微观系统进化，而机床体积没有减小。

切削加工所使用的工具是各种刀具，如车刀、铣刀、刨刀、砂轮、钻头等(图6－59)。显然这些刀具就是金属切削加工系统中的关键子系统。正是切削工具向微观系统的进化，如电火花、电解、激光等，促进了金属切削加工技术的发展，如难加工材料、加工盲孔等。但是整个系统的尺度并没有缩小，因为被加工工件的尺寸没有减小。

图6－59　切削刀具

A.金属电火花(线切割)加工——切削刀具变成一条细线(图6－60)。

图6－60　电火花线切割

B.电解加工(图6－61)。

C.等离子加工(图6－62)。是利用高温高速的等离子气流，使工件的局部金属熔化和蒸发，从而对工件进行加工的方法。

图6－61　电解加工

D.超声波加工(图6－63)。靠超声频振动能量使悬浮液中的磨料对工件进行冲击加工。可加工非金属材料、脆、硬材料，可打小孔。

图6－62　等离子切割机

图6－63　超声波加工机床

图6－64　激光加工

E.激光加工(图6－64)。激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光束就是基本粒子。

更多的向微观系统进化是系统整体尺寸缩小，以下是很多缩小的案例。

例3:摄像机向微观系统进化(图6－65)。

例4:把尺寸缩小的好多例子(图6－66)。

例5:纽扣电池还能缩小吗?

我国留美学生李文杰1992年在加利福尼亚大学，发明了世界上最小的电池，只能在显微镜下才能看见，大小只有红细胞的1%，用在集成电路上，可望提高功能100倍。

图6－65　摄像机向微观系统进化

例6:微型机械。

图6－66　尺寸缩小微型化

1至10毫米的机械为小型机械，10微米至1毫米的机械为微型机械，10纳米至10微米的机械为超微型机械。微型机械泛指尺寸范围为毫米、微米或纳米级，集微机构、微传感器、微驱动器、微执行器和微控制器为一体的微型机电系统(MEMS)。中国在近10年间，通过微齿轮、微泵、微电机、微马达、微型飞机和微型陀螺等研究，在MEMS领域取得了突出进展，提出和发展了由于尺度效应而产生的微机械学。

MEMS技术已开始在我国的社会生产中发挥作用，如微操作机器人已开始用于生物工程中的细胞分裂、显微手术和生物芯片的制造工艺;微传感器已开始用于飞行器的加速度、压力等参数的实时测量;纳米薄膜润滑技术已应用于火箭和计算机硬盘的制造工艺。

农业上可以用微型机器人取代农药，杀灭害虫。

在医学上将植入人体血管中的微型机器人送入心脏。首先用装在前端的摄像机“诊察”心脏，然后用安装在身上的微型手术刀做手术。

在微型机械领域，长春光学精密机械研究所研制出直径为Φ3mm的压电电机、电磁电机、微测试仪器和微操作系统，上海交通大学研制出Φ2mm的电磁电机。

练习:提出一个可以向微观系统发展的物品，说明其意义。