Fagstoff

Fra makro- til nanosimulering

Publisert: 25.08.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Modell av et ribosom som lager et protein til cellemembran

Å være ingeniør har forandret seg enormt de siste 30 årene, men kommer nok til å endre seg mye mer ennå. Hvis det går som mange tror, vil framtidens gjenstander bli bygget atom for atom. Det vil utfordre ingeniørenes fantasi og gi oss nye, spennende produkter.

Flymotor. Foto. Ferdig flymotor.  

 

 

 

 

Videoen viser virtuell design, testing og presentasjon.

 

 

 

3d-konstruksjon med sveiv og fjær. Illustrasjon.Simulering: Testing av digital prototyp.  

 

 

 

Mikroelektromekanikk. Foto.Mikroelektromekanisk system, med et pollen oppe til høyre, og koagulerte røde blodceller oppe til venstre og nede til høyre, for å vise størrelsesforholdet.  

 

 

 

Nanoskopet. Skjermdump.Nanoskopet.   

Dataassistert produksjon og testing

3D-tegning av flymotor. Illustrasjon. Flymotor under konstruksjon.  En prototype er første utgave av en gjenstand. For noen år siden var det å lage og teste fysiske utgaver av produktet en viktig del av utviklingen. Med stadig større og mer kompliserte maskiner og konstruksjoner er det ofte ikke mulig og heller ikke nødvendig å gjøre det. Nå foregår produksjonen mer eller mindre på denne måten:

  1. Idé: skisser og beskrivelser
  2. Design: kan skje på papir, men gjøres mer og mer digitalt
  3. Digital konstruksjon
  4. Digital prototypetesting med funksjons-, styrke- og bøyetest
  5. Forbedringer av konstruksjonen
  6. Fysisk produksjon

Etter en slik prosess vet produsentene at de ikke får noen overraskelser når de skal montere for eksempel en oljeplattform. Ingen rør kolliderer, hullene i dekket passer med det som skal igjennom, og delene som kommer fra ulike produsenter, stemmer overens.

Mikrosystemer

Det som har preget utviklingen innen elektronikken de siste årene, er at størrelsen på «dingsene» stadig har gått ned, mens prestasjonene har gått oppover. Utviklingen av integrerte kretser, prosessorer og minnebrikker skjer i rekordfart. Det har ført til at mobiltelefonen, i tillegg til å være en telefon, kan være musikkspiller og -opptaker, kartverk med GPS, fotoapparat, e-postleser og mye annet. I tillegg til det som finnes av elektronikk i slike apparater, er det også mye mekanikk. Når vi tar et bilde, skal for eksempel en blender åpnes og lukkes igjen når akkurat nok lys har kommet inn.

Mange forskjellige teknikker

Mekanikken har etter hvert blitt så liten at vi må ha mikroskop for å se den, og bevegelsene som gjøres, er ørsmå. Teknologien som brukes for å skape bevegelsene, er variert: Oppvarming kan skape lengde- og volumutvidelse, bimetall som varmes opp, kan bøye seg, spenningsforskjeller skaper tiltrekning og frastøting, bitte små elektromagneter kan dra til seg eller støte fra seg ting, piezoelektroniske elementer kan skyve fra seg og dra, og vi kan bruke «huske-metall», som er betegnelsen på legeringer som inntar en tidligere form når de varmes opp.

MEMS

Alle disse teknikkene kunne ikke ha vært tatt i bruk så raskt uten programvare for konstruksjon, uttesting og produksjon. Teknologien har raskt blitt en egen grein, MEMS, som er en forkortelse for mikro-elektro-mekaniske systemer, som både inneholder målesystemer og mikromaskiner. Spennende saker: Snart kan vi kanskje ha små maskiner som surrer rundt i kroppen vår og holder blodårene rene?

Nanoverden

Animert bilde av nanogir. Illustrasjon. Molekylært gir.  

Hvis vi synes at mikromekanikk er smått, blir det stort i forhold til nanoteknologien. Den kan snu opp ned på hele vår hverdag og få den digitale og den virkelige verden til å smelte sammen, på den måten at informasjon kan omsettes til fysiske ting, og fysiske ting kan gjøres om til informasjon. Det høres rart ut, men på denne måten kan vi faktisk sende fysiske gjenstander trådløst over nettet. I et hjørne hjemme kan vi ha en «skriver» som lager det som er oversendt, nøyaktig etter oppskriften. En forutsetning er naturligvis at vi har byggeklosser, atomer av de riktige grunnstoffene, til stede i tilstrekkelig mengde. Men har vi det, kan vi få en fullverdig kopi av tingen, enten det er en sjokoladeplate eller en hammer.

Relatert innhold