Слайд 2Ответы на вопросы, которые мы
сегодня не будем обсуждать:
Можно
и нужно!
Слайд 3Основы стратегии:
Идеи Дрекслера-Фрайтаса-Меркле
Top-Down: 4 поколения на одном чипе.
Поколения целых роботов, либо
только инструментов.
Каждый узел каждой стадии — отдельная задача. Вполне решаемая ТРИЗ, Ideation WorkBench.
Реципрокное наращивание инструментальной базы
Open-source и параллелизм
Слайд 5Возможности ассемблеров
разных поколений
I поколение
Ручная сборка из готовых химически и физически
синтезированных блоков, модификация блоков
II поколение
Ограниченные возможности ручного синтеза структур из ограниченной номенклатуры сырья. Частично используется ЧПУ.
III поколение
Автоматический быстрый синтез широкого класса структур из ограниченной номенклатуры сырья
IV поколение
Очень быстрая автономная разборка и сборка очень широкого класса структур
Слайд 7Микроуровень
4х(3+1) DOF
4хпсевдо-6 DOF
Мультизахват
Многопоточное, многоуровневое ООС/ООП
Нейрокомпенсатор
Визуализация
Унив. держатели
инструмента, заготовок, сырья, отходов.
Fast bootstrapping
Слайд 8Мезоуровень
СЗМ, ЭМ
Ресурсы
Инструменты
Станки
Отходы
Физ обр.
Хим (мф).
Сборка
Теплоотвод.
Шлюзы
ПЛИС
Слайд 9Макроуровень
Холод
Вакуум
Тяжесть
Виброзащита
Wireless
UPS
Все это, в
основном, для
мезоуровня
Слайд 10Интерфейс оператора
О реалистичном образе атома в NanoLab
Пусть атомы рассчитывают сами себя
AR/VR и
поворотный тактильный пульт
Свободное движение инструментов, преобразуемое математикой в реально возможное.
Виртуальная среда контроля микро и мезо-уровней (Unity? FreeCAD?)
Слой моделирования (SuperCPU?)
HOMO-LUMO дискриминатор
Регулируемое тактильное усиление и масштаб
Скриптовая автоматизация. Python.
Интеграция с CAD (Workbench к FreeCAD)
Слайд 11Интерфейс оператора
Двухуровневая сплошная координатная система
Предотвращение столкновений инструментов, защита от ошибок оператора
Эргономика (долгий,
напряженный труд), удобная поза оператора, непотеющие очки или без очков.
Голосовые команды, графические интерфейсы.
Библиотека инструментов, материалов, компонентов, доступных и нет.
Оператор выбирает, а смена производится автоматически
Автогенерируемый realtime roadmap.
Слайд 12Компоненты роботов-ассемблеров
Корпусные детали
Соединения
Моторы
Датчики положения
Редукторы
Подшипники, направляющие, шарниры
Пружины
Подвижные контакты
Инструменты
Системы хранения и подачи сырья
Слайд 13Корпусные детали
Изоляторы
Вакуум свыше 1 нм
Линейные полимеры
Пленки
SP3
Алмаз
Прочее
Проводники
Металлы
Полисопряженные
Проводящие полимеры
Нанотрубки и фуллерены
Графен
Гибридные
Шлейф
с перемычками
Провод в оболочке
Провода на поверхности и в объеме диэлектрика
Слайд 14Соединения
Неразъемные
Ковалентные
Давлением (в.т.ч через прослойку)
Прессовые
Гибридные
Пайка, сварка, склейка
Разъемные
Штифты
Зажим несколькими инструментами
Емкостный захват
Плавкий материал
Нековалентная сборка
Управляемые
(мех, хим, электр) в которых легко образовывать связь и разрушать
Синтетические блоки, которые соединяют и имеют разъем чтобы их соединяли
Слайд 15Гексапод или декарт?
И то и другое.
Слайд 16Моторы
Непрерывного действия
Ток
Внемолекулрные (Drexler, Kral)
Внутримолекулярные (Feringa)
Напряжение
Кулоновские
Ротор с постоянными зарядами
Подключеный ротор
Изолированный ротор
Поляризующийся ротор
Емкостные
Прерывистого действия
Коленчатый
механизм
Храповой механизм
Перехват (как в мышцах)
Фазный стохастический
Слайд 17Датчики положения: обратная связь
Туннельный
Атомно-силовой
Тензорезистивные молекулы
Латеральный и радиальный способ установки датчиков
Бинарный датчик
Слайд 18Редукторы
Вращение и линейное перемещение
Прямой безредукторный привод: линейный или вращательный (ток, напряжение, емкость)
Можно
пожертвовать скоростью ради точности и силы (трение!)
Цилиндрический многоступенчатый
Цапфы
Большие передаточные числа и много ступеней
Люфты и силовое замыкание
Подкладочный «рокла»-редуктор
Слайд 19Подшипники и шарниры, вращательные и линейные
Малый люфт и малое трение
Эквипотенциальность - идея
Ральфа Меркле
Пары трения (коэффициент сила/сила)
Скольжение или качение?
Нанотрубка в нанотрубке
Ролики, шарики, фуллерены и атомы.
Пружины.
Силовое замыкание симметричное и асимметричное
Слайд 20Пружины
Полимерные зигзагообразные молекулы (растяжение)
Прямые полимерные молекулы (изгиб, кручение)
Упругие элементы за счет рядов
полостей
Ван-дер-Ваальсовы и прочие прижимы (упрощение подшипников и направляющих - «наноавтомобили»)
Активные кулоновские пружины-приводы
Слайд 21Подвижные контакты
Гибкие
УНТ
Проводящие полимеры
Скользящие
Контактные
Туннельные
УНТ в УНТ: вращение и перемещение
Эмиссионные
Дискретные
Трансформирующие
Мезоуровневые
Контактные
Бесконтактные
Слайд 22Инструменты прямого механосинтеза
Для направленного перехода нужен градиент пот. энергии: (химия, заряд, спин,
стерика, температура, время, сила..)
Циклически возобновляемый перепад разности энергий притяжения и отталкивания
Внешний
Инструменты Фрайтаса-Меркле
Внутренний
Коаксиальные инструменты
С помощью других инструментов
Фазный стохастический подход
Слайд 23Приемы косвенного механосинтеза
Хочешь добавить атом или группу - добавь кусок молекулы и
оторви (или наоборот).
Хочешь отнять — оторви и дострой (или наоборот).
Эти бинарные комбинации можно бесконечно углублять.
Автоматический иерархический анализ возможностей для поиска маршрутов выполнения заданной операции
Автопросчет возможных вариантов изменений в выбранной точке объекта
Для оператора или CAM выглядит просто
Слайд 24Инструменты и полюса
0-полюсные
Пресс
Инструменты Механосинтеза Ф-М
1-полюсные
СТМ
Электросварка
2-полюсные
АСМ
Электроразрушение
Емкостный захват
Разрушение релизера
3-полюсные
Прокрутка цепочки и отрыв фрагмента
4 и
5-полюсные
Высоко-свернутые инструменты
Слайд 25Хранение и подача сырья
Кран и подложки
Одноразовые перезаряжаемые инструменты
Протонопровод
Строительные блоки как ответвления или
фрагменты транспортного полимера
Пленки, пластины
Куски, капли
Примораживание
Слайд 26I поколение. Грань куба ˷ 10 мкм.
Слайд 27Методы производства робота I поколения
Аддитивные
Субтрактивные
Модификация
Покрытия
ERL,2PP,CVD
Слайд 28I поколение - приемы
Макро-приборы в цепях визуализации и обратной связи (интерферометры, микроскопы)
Микрофлюидика
— склеивание, травление, литье
Фокусированные пучки электронов, фотонов, ионов
Фиксированные положения поворотной оси
Слайд 29I => II
Алмазные пленки и «усы»
Склады макромолекул и нанотрубок. Полимантаны, полиены, полиины,
стержни, пластины, диски, крыльчатки — а что бывает? Кто это знает?
То же касается и реакций оргсинтеза для целенаправленного получения деталей.
Резка и сварка нанотрубок и графена. Кусачки из фторадамантана?
Локальная функционализация
Нанолитье и выборка
Слайд 31I => II
Обмен заготовками с макромиром (физ/хим методы).
Соединение пресованием
Локальная графитизация алмаза и
растворение графита
Полухаотический синтез/облучение и авто(нейро)отбор компонентов (УНТ).
Создание и пост-обработка 2D-паттернов на плоскости
Строить нанообъекты на или в плоскостях а потом соединять собирать эти плоскости с заданным шагом или вплотную.
Слайд 33I => II синтез частей.
Самосборка колес и реек.
Слайд 34II поколение - приемы
Многоосевые и электронные многофотонные микроскопы
УНТ как направляющие
Фуллерены как шарниры
(и шарики?)
Белки, НК, биомолекулы
Сверхмедленное проведение реакций для изучения их механизма
Система контроля внешних источников вибрации и действия в паузах между ними
Импульсная подача сверхохлаждения, сверхвакуума и тогда действие
Временные «подпорочные» атомы и фрагменты, потом удаляемые
Слайд 35III поколение
Прямой механосинтез нанодеталей
Сборка подвижных и непод. соединений встроенными защелками в роботах
I-II поколения на том же чипе
Наноконтроллер
Длинные автоматические цепочки подготовки «умного» сырья
Мультиассемблер
Слайд 36III поколение — приемы (софт)
В ручном режиме возможность скрывать ненужное — сканнеры,
перезарядку инструментов.
Записывать все операции, строить дерево инструментов чтобы любой можно было воспроизвести
Это дает команду "отмена" и эксперименты по проверке вариантов над одним исходным инструментом
Команда "копировать" - полностью автоматическое производство благодаря протоколированию шагов
Анализ собираемости моделей и автопостроение маршрута сборки (граф бифур.)
Слайд 37III поколение: комбинаторный инкрементальный синтез нанодеталей для IV поколения
Постановка задачи
Генерация вариантов
Логический отбор
Виртуальный
отбор
Физический отбор
Оптимальный результат
Слайд 38IV поколение: открытая масштабируемая платформа для создания любых устройств
Клеточная структура
Ассемблер+дизассемблер =
всеядность+репликация
Автономный компьютер, энергоустановка, коммуникатор, сенсоры и эффекторы
Облачный иерархический AI
Автообновление soft+hard
Биоморфные алгоритмы репликации и апоптоза
Слайд 39IV поколение: стили использования
Классическая нанофабрика
Умная материя
Гибридные системы
Слайд 40Требования к IV поколению, обусловлены ключевыми применениями:
Симбиотический (с нейроинт.) апгрейд живых организмов
Сфера
Дайсона
Зонды фон Неймана
Большие параллельные вычисления
Авто НИОКР и умная эволюция для задач класса термояд, телепорт, нейтрид...
Слайд 41Возможности финансирования и PR
Продажа установок в целом
Продажа отдельно ассемблеров каждого поколения
Первичные продукты
поколений
Услуги синтеза и экспериментов
Аренда времени роботов
Продажа макро-роботов-аналогов
Премии, граты? Foresight Prize?
Краудфандинг, PR, шоу, реклама?
NanoCar Race
Слайд 42Задачи сегодняшнего дня
Создание интерфейса пользователя: аппаратного и программного обеспечения
Детальное конструирование опытной установки
и ассемблеров I и II
Детальный пооперационный
roadmap 0 => I => II
Макетирование мезо- и микроуровня 100:1 на FDM и MJM 3D-принтерах
Обеспечение доступа к технологиям изготовления деталей ассемблера I поколения: ЭЛЛ, 2PP