नैनोफैक्टरी सहयोग

Source- Nanofactory Collaboration

रॉबर्ट ए। फ्रीटास जूनियर और राल्फ सी। मेर्कले द्वारा लिखित

 

प्राप्त करने के लिए शेष तकनीकी चुनौतियां

पोजिशनल डायमंडॉयड आण्विक विनिर्माण

और डायमंडॉयड नैनोफैक्टरीज

संस्करण 1.3

 

हीरेडॉइड आण्विक विनिर्माण, आणविक मशीन सिस्टम, नैनोस्केल रोबोटिक्स और नैनोफैक्टरीज़ की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करने के लिए बहुत सी तकनीकी चुनौतियों का सामना करना चाहिए। व्यवहार्यता के लिए मूल वैज्ञानिक मामला सबसे पहले के। के एरिक ड्रेक्सलर ने अपनी ऐतिहासिक इंजीनियरिंग पाठ्यपुस्तक नैनोसिस्टम (1 99 2) में प्रस्तुत किया था। ड्रेक्सलर के काम पर बिल्डिंग, फ्रीटास ने अपनी तकनीकी पुस्तक श्रृंखला नैनोमेडिसिन वॉल में मेडिकल नैनोरोबोटिक्स की तकनीकी व्यवहार्यता के लिए तर्क दिया है। मैं (1 999) नैनोमेडिसिन वॉल्यूम। और नैनोमेडिसिन वॉल्यूम।।-ए (2003), और फ्रीटास और मर्कले ने अपनी तकनीकी पुस्तक किनेमेटिक सेल्फ-रेप्लिकेटिंग मशीन्स (2004) में आणविक विनिर्माण में कला की वर्तमान स्थिति का सर्वेक्षण किया है।

आणविक मशीन सिस्टम की अवधारणा और संभावित उपयोगिता के साथ इस प्रारंभिक कार्य द्वारा अच्छी तरह से स्थापित, तकनीकी समुदाय अब इन प्रस्तावों की गंभीरता से उनकी जांच क्षमता का आकलन करने के लिए गंभीरता से जांच कर रहा है। तकनीकी समुदाय का रचनात्मक संदेह नैनोफैक्टरी सहयोग की सफलता के लिए वांछित और आवश्यक दोनों है। यह केवल कार्यान्वयन के असंख्य विवरणों पर ध्यान केंद्रित करके ही है कि आणविक मशीन सिस्टम की चुनौतियों और सीमाओं की पूरी तरह से समझ हासिल की जा सकती है।

2001 से ही हम हीरेडॉइड आण्विक विनिर्माण और आणविक मशीन सिस्टम के कार्यान्वयन के लिए तकनीकी चुनौतियों की बढ़ती सूची संकलित कर रहे हैं। यह सूची, जो लंबी है लेकिन लगभग निश्चित रूप से अपूर्ण है, समानांतर है और 2005 में फिलिप मोरर्टी द्वारा विचारशील टिप्पणियों में व्यक्त लिखित चिंताओं और 2006 में रिचर्ड जोन्स शामिल है। हम इन आलोचकों का स्वागत करते हैं और आगे की रचनात्मक टिप्पणी को प्रोत्साहित करेंगे – और अतिरिक्त तकनीकी चुनौतियों के लिए सुझाव हम अनदेखी कर सकते हैं – दूसरों के समान ही लाइनों के साथ।

हमारी सूची एक लंबी अवधि की शोध रणनीति का प्रतिनिधित्व करती है जो एनएमएबी / एनआरसी समीक्षा समिति द्वारा हालिया (2006) कॉल की सीधी प्रतिक्रिया के रूप में कार्य करती है, एनएनआई की कांग्रेस की अनिवार्य समीक्षा में, “साइट-विशिष्ट रसायन विज्ञान के समर्थकों के लिए, स्केल मैन्युफैक्चरिंग “से: (1) वांछनीय शोध दिशाओं को चित्रित करें जो पहले से ही जैव रसायन समुदाय द्वारा पीछा नहीं किया जा रहा है; (2) कुछ बुनियादी प्रयोगात्मक कदमों को परिभाषित और ध्यान केंद्रित करें जो दीर्घकालिक लक्ष्यों को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण हैं; और (3) कुछ “प्रमाण-सिद्धांत” अध्ययनों की रूपरेखा तैयार करते हैं, यदि सफल हो, तो तत्काल मूल्य के साथ प्रमुख सिद्धांतों या घटकों के ज्ञान या इंजीनियरिंग प्रदर्शन प्रदान करेंगे।

हम इच्छुक शोधकर्ताओं को नैनोफैक्टरी सहयोग में शामिल होने के लिए प्रोत्साहित करेंगे ताकि आवश्यक सैद्धांतिक – और कुछ मामलों में प्रयोगात्मक – जांच करके निश्चित रूप से शेष तकनीकी चुनौतियों का समाधान करने में हमारी सहायता करें।

तकनीकी चुनौतियों की हमारी वर्तमान सूची तकनीकी क्षमताओं की चार श्रेणियों में आयोजित की जाती है, जिन्हें हम मानते हैं कि स्थितित्मक हीराइड आणविक विनिर्माण की सफल उपलब्धि के लिए आवश्यक है, जो नैनोफैक्टरी विकास को सक्षम बनाता है। यह सूची वर्तमान में हीरा मैकेनोसिंथेसिस (डीएमएस) के क्षेत्र में सबसे व्यापक है क्योंकि डीएमएस नैनोफैक्टरी कार्यान्वयन की ओर अग्रसर हमारे शुरुआती प्रयासों का प्राथमिक केंद्र रहा है।

 

(I) डायमंड मैकेनोसिंथेसिस के लिए तकनीकी चुनौतियां

() सैद्धांतिक

(1) डीएमएस टूलटिप्स का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) नए मैकेनोसिथेटिक टूलटिप्स के कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन की आवश्यकता है

(बी) टूलटिप हैंडल संरचनाओं के कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन की आवश्यकता है जिसमें उच्च पहलू अनुपात होते हैं जो वर्कपीस प्रतिक्रिया साइटों और (संभवतः एकाधिक) टूलटिप्स के निकट निकटता को प्रतिक्रिया साइट के निकट जोड़ते हैं।

(2) टूलटिप-वर्कपीस इंटरैक्शन के डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) हीरा सतहों के साथ टूलटिप-वर्कपीस इंटरैक्शन की सिमुलेशन की आवश्यकता है (वीएएसपी या समकक्ष सॉफ़्टवेयर अनुशंसित)।

(बी) इष्टतम टूल-वर्कपीस दृष्टिकोण ट्रैजेक्टोरियों का विश्लेषण, टूल्स और वर्कपीस के इष्टतम रिश्तेदार पोजिशनल कॉन्फ़िगरेशन, और टूलटिप रोटेशनल स्टेटस, टूलटिप-वर्कपीस कोण, और टूलटिप-वर्कपीस दूरी जैसे प्रयोगात्मक नियंत्रनीय पैरामीटर के सापेक्ष टूलटिप वर्क लिफाफे का मैपिंग।

(सी) विश्लेषणात्मक और सांख्यिकीय आकलन की आवश्यकता है कि बुनियादी डीएमएस मैकेनिकैमिस्ट्री बिना किसी त्रुटि जांच के आगे बढ़ने के लिए पर्याप्त विश्वसनीय है या नहीं।

(डी) सभी रोगजनक राज्यों के व्यापक गणना और मूल्यांकन की आवश्यकता है जो कार्यक्षेत्र डीएमएस प्रतिक्रिया के दौरान अपना सकते हैं। इस विश्लेषण में वांछित स्थिति, पैथोलॉजिकल राज्यों के लिए बाधाएं, और पैथोलॉजिकल इंटरमीडिएट / संक्रमणकालीन राज्यों के संबंध में प्रतिक्रिया अंत- / exoergicity शामिल होना चाहिए कि कार्यक्षेत्र डीएमएस प्रतिक्रिया के दौरान या डीएमएस प्रतिक्रिया पूर्ण होने के बाद गोद ले सकता है। वर्कपीस दोष घनत्व को नियंत्रित और समाप्त किया जाना चाहिए।

(3) उपकरण-उपकरण इंटरैक्शन के डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) निकटवर्ती टूलटिप्स के बीच संभावित स्टेरिक भीड़ के अध्ययन की आवश्यकता है। मौजूदा स्कैनिंग जांच युक्तियों के वक्रता के सीमित त्रिज्या के कारण दो समूहों को दोहरी जांच स्कैनिंग जांच प्रणालियों पर काम कर रहे कई समूहों को मौलिक सीमा का सामना करना पड़ा है। इस प्रकार डीएमएस विफलता मोड में वांछित प्रतिक्रियाओं के स्टेरिक बाधा, टूलटिप हैंडल संरचनाओं के संभावित परमाणु पुनर्निर्माण शामिल हो सकते हैं जो एक साथ बहुत करीब लाए जाते हैं, और टिप संघर्ष के कारण पूरी तरह से यांत्रिक क्षति हो सकती है। टूलटिप्स के अधिकतम निकटता की अनुमति देने के लिए आदर्श टूलटिप / हैंडल संयोजन में उच्च पहलू अनुपात होगा। बारीकी से जुड़ा हुआ टूलटिप्स के ऑपरेटिंग लिफाफे की सीमाओं को सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दोनों को प्रमाणित किया जाना चाहिए।

(4) यथार्थवादी वैक्यूम पर्यावरण में मैकेनोसिंथेटिक इंटरैक्शन का सिमुलेशन

(ए) यथार्थवादी प्रयोगात्मक वैक्यूम वातावरण में रखे गए उजागर कट्टरपंथी साइटों के साथ टूलटिप्स की जांच सिमुलेशन और अध्ययन की आवश्यकता है। भंग प्रदूषण के कारण कट्टरपंथी साइट विषाक्तता के जोखिम की आकलन, और इस तरह के वैक्यूम वातावरण में इन उजागर कट्टरपंथी साइटों के अपेक्षित जीवनकाल के अनुमानों की आवश्यकता है। व्यवहार्य डीएमएस प्रक्रियाओं को अनुमति देने के लिए पर्याप्त टूलटिप जीवनकाल के लिए न्यूनतम स्तर कितना वैक्यूम आवश्यक है? क्या कुछ संभावित प्रदूषक दूसरों की तुलना में बदतर हैं?

(बी) यथार्थवादी प्रयोगात्मक वैक्यूम वातावरण में रखे गए उजागर कट्टरपंथी साइटों के साथ कार्यक्षेत्रों और हीरेडॉइड सतहों की जांच सिमुलेशन और अध्ययन की आवश्यकता है। भंग प्रदूषण के कारण कट्टरपंथी साइट विषाक्तता के जोखिम की आकलन, और इस तरह के वैक्यूम वातावरण में इन उजागर कट्टरपंथी साइटों के अपेक्षित जीवनकाल के अनुमानों की आवश्यकता है। व्यवहार्य डीएमएस प्रक्रियाओं को अनुमति देने के लिए पर्याप्त वर्कपीस या हीरेडॉइड सतह जीवनकाल के लिए न्यूनतम स्तर कितना वैक्यूम आवश्यक है? क्या कुछ संभावित प्रदूषक दूसरों की तुलना में बदतर हैं?

(सी) मौजूदा वैक्यूम सिस्टम के सर्वेक्षण और अति उच्च वैक्यूम की उपलब्धता की आवश्यकता है। टूलटिप्स और वर्कपीस के अलावा अन्य स्रोतों से वर्कस्पेस प्रदूषण के जोखिम में संभावित वृद्धि के आकलन की भी आवश्यकता है, विशेष रूप से सतहों, टूलटिप हैंडल, मुहरों या अन्य तंत्रों से प्रदूषक अणुओं के बाहर निकालना (विलुप्त होना) जो वर्कस्पेस वॉल्यूम के अंदर मौजूद हो सकते हैं।

(5) पूरे डीएमएस प्रतिक्रिया अनुक्रमों का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) डीएमएस प्रतिक्रिया अनुक्रमों के डिजाइन और अनुकरण की आवश्यकता है जो वर्कपीस, टूलटिप, और मध्यवर्ती संरचना पुनर्निर्माण को कम करें, और जो मध्यवर्ती कार्यक्षेत्र संरचनाओं के पर्याप्त निष्क्रियता को बनाए रखें।

(बी) निर्वहन टूलटिप्स के लिए टूलटिप रिचार्ज प्रक्रियाओं को डिजाइन और अनुकरण करने की आवश्यकता है।

(सी) “न्यूनतम टूलसेट” की संक्षिप्त परिभाषा और बुनियादी डीएमएस के लिए एक न्यूनतम प्रतिक्रिया सेट की आवश्यकता है, जिसमें विशिष्ट हीरे-निर्माण प्रतिक्रिया अनुक्रम शामिल हैं, जो कि आवश्यक हीरे संरचनाओं (उदाहरण के लिए, मर्कले (1 99 7), फ्रीटास (2007) बनाने के लिए आवश्यक और पर्याप्त है। ))।

(डी) विस्तारित डीएमएस प्राप्त करने के लिए पर्याप्त “न्यूनतम टूलसेट” का विस्तार और विस्तार, जिसमें अवतल, घुमावदार, और तनावग्रस्त-खोल हीरे के ढांचे की स्थितिगत नियंत्रित फैब्रिकेशन शामिल है।

(6) हाइड्रोकार्बन से परे डीएमएस प्रक्रियाओं का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) डीएमएस को सी और एच के अलावा परमाणुओं तक बढ़ाया जाना चाहिए – आदर्श रूप से क्लोज-टू-शून्य लैंडिंग बॉन्ड घनत्व, उच्च प्रसार बाधाओं और दिशात्मक सहसंयोजक बंधनों का संयोजन सुनिश्चित करना चाहिए।

(7) वर्कपीस सतहों का पुनर्निर्माण और पुनर्निर्माण

(ए) क्या छोटे हीरेडॉइड संरचनाएं सामान्य रूप से नैनोमेकेनिकल भागों (और उनकी मध्यवर्ती संरचनाएं फैब्रिकेशन प्रक्रिया में प्रत्येक डीएमएस प्रतिक्रिया के दौरान और उसके बाद) संरचनात्मक रूप से स्थिर होती हैं, या फिर वे पुनर्व्यवस्थित करते हैं? “नैनोडियामांड” पुनर्गठन पर हालिया शोध निर्देशक होंगे और सतह के पुनर्निर्माण की प्रकृति और आवृत्ति पर एच उत्तीर्ण / अव्यवस्था और तापमान के प्रभाव का वर्णन करने वाले साहित्य के साथ व्यापक रूप से समीक्षा की जानी चाहिए।

(बी) यदि इन छोटे हीरेदार संरचनाओं को पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, तो पुनर्गठन नियमित और भरोसेमंद, या यादृच्छिक और बहुस्तरीय है? पुनर्नवीनीकरण को उलट दिया जा सकता है, उदाहरण के लिए, पुनर्निर्मित सतह की पुनर्वितरण के द्वारा हीरा सी (111) सतह के साथ? पुनर्गठन को अनदेखा किया जा सकता है, जैसे टूलटिप हैंडल के मामले में जो इसे ज्ञात लेकिन अपेक्षाकृत हानिरहित तरीके से पुन: व्यवस्थित करता है (यानी, इस तरह से जो टिप पर होने वाली स्थितिगत नियंत्रित रसायन शास्त्र की विश्वसनीयता को प्रभावित नहीं करता है )?

(सी) ग्रेफाइजेशन से गुजरने के लिए हीरेडॉइड सतह की प्रवृत्ति पर एक साहित्य समीक्षा और पूरक सैद्धांतिक अध्ययन की आवश्यकता है, और जिन स्थितियों के तहत यह संरचनात्मक रोग हो सकता है।

(डी) तीन मूल हीरे की सतहों में विज्ञापनपतियों के प्रवासन की प्रवृत्ति और दर पर एक साहित्य समीक्षा और पूरक सैद्धांतिक अध्ययन की आवश्यकता है, जिसमें फेज के रूप में छेद रिम के आसपास, और उत्तल और अवतल क्षेत्रों में, किनारों और कोने संरचनाओं के साथ माइग्रेशन भी शामिल है, adspecies प्रकार और सिस्टम तापमान का। इन अध्ययनों में सतही प्रसार और प्रवासन के लिए किसी भी बाधाओं का विश्लेषण और मात्रा शामिल होना चाहिए।

(ई) इस सीमा के अध्ययन की आवश्यकता है कि किस फोटोएक्सिटेशन ने इन संरचनाओं के दुरुपयोग और पुनर्गठन की ओर अग्रसर किया है (और उनके मध्यवर्ती फैब्रिकेशन के दौरान)।

(एफ) उस सीमा के अध्ययन की आवश्यकता है जिसमें तनावग्रस्त बॉन्ड की उपस्थिति और ज्यामितीय वितरण, और तनाव की डिग्री, छोटे हीरेडॉइड नैनोपार्ट्स और उनके मध्यवर्ती संरचनाओं के पुनर्निर्माण को प्रभावित करती है।

(जी) लक्ष्य क्वांटम रसायन गणना (उदाहरण के लिए, एबी इनिटियो, घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत) लक्ष्य हीरेडॉइड मशीन भागों की संरचनात्मक और रासायनिक स्थिरता निर्धारित करने के लिए आवश्यक है – संतुलन पर स्थिर संरचना (कुलतम निम्न मुक्त ऊर्जा के साथ संरचना) प्रदान करना। आणविक यांत्रिकी सिमुलेशन अकेले यह निर्धारित नहीं कर सकते हैं।

(एच) मेटास्टेबल संरचनाओं की गतिशील स्थिरता की जांच के लिए क्वांटम रसायन शास्त्र (उदाहरण के लिए, एआईएमडी) को नियोजित आण्विक गतिशीलता सिमुलेशन की आवश्यकता होती है। मेटास्टेबल संरचनाएं ऐसी संरचनाएं हैं जो संतुलन में नहीं हैं, लेकिन जिनके पास (अवांछित) अधिक स्थिर स्थिति में परिवर्तन करने की पर्याप्त संभावना है, वे व्यावहारिक नैनोइंजिनियरिंग उद्देश्यों के लिए अभी भी उपयोगी हो सकते हैं। मेटास्टेबल संरचनाओं की उपयोगिता का आकलन करने के लिए ऊर्जा बाधा की गणना की आवश्यकता होती है जो पुनर्निर्माण को रोकती है और यह सुनिश्चित करती है कि सिस्टम में उपलब्ध ऊर्जा (चाहे थर्मल, मैकेनिकल, या अन्य) उस बाधा पर मेटास्टेबल सिस्टम को धक्का देने के लिए अपर्याप्त है।

(i) अनियंत्रित सतहों का केवल एक छोटा सा सबसेट पुनर्निर्माण नहीं करता है। सभी सतहों (दोनों निष्क्रिय और अप्रशिक्षित) की समीक्षा की आवश्यकता है जिन्हें पुनर्निर्माण नहीं किया जाता है। यह डीएमएस में प्रयोगात्मक प्रयासों के लिए प्रारंभिक लक्ष्य सूची प्रदान करेगा। गैर-पुनर्निर्माण सतह का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण हीरा सी (110) सतह है। सतह पुनर्निर्माण की सामान्य घटना की बाद की व्यापक समीक्षा भविष्य के मैकेनोसिथेटिक प्रयोग के लिए माध्यमिक लक्ष्य सूची को प्राथमिकता देने में मदद करेगी। इस व्यापक अध्ययन के लिए, कठोर सहसंयोजक मिट्टी के बरतन और संबंधित ठोस पदार्थों पर नैनोक्लस्टर्स <10 एनएम आकार पर विश्लेषणात्मक जोर होना चाहिए जो प्रस्तावित यांत्रिक नैनोपार्ट्स जैसे गियर और बीयरिंगों के समान सीधे समान होते हैं जिनमें प्रत्येक पर 104 परमाणु हो सकते हैं।

(जे) यह निर्धारित करने के लिए एक निश्चित अध्ययन की आवश्यकता है कि स्वच्छ (nonpassivated) सी (111) सतह स्वचालित रूप से कमरे के तापमान पर या नीचे पुनर्निर्माण करेगा, और नीचे निर्धारित करने के लिए कि तापमान सीमा क्या है, यदि कोई है, तो यह पुनर्निर्माण नहीं करेगा।

(के) सतह पुनर्निर्माण घटना से अलग, डीएमएस विश्वसनीयता और सतह छूट घटना की दोहराने पर प्रभाव को मापने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, जांगविल (1 9 88), प्रटन (1 99 4), वुड्रफ एट अल (1 99 4), वेनेबल्स (2000) द्वारा वर्णित अनुसार ), और लथ (2001)। कई हीरेडॉइड सामग्रियों में आराम प्रभाव महत्वपूर्ण हो सकते हैं, विशेष रूप से नीलमणि (एल्यूमिना, अल 2 ओ 3) के मामले में जहां सतह ऑक्सीजन आयन छूट हेक्सागोनल (0001) चेहरे पर परत रिक्ति के ~ 50% तक पहुंच सकती है।
(8) डीएमएस के लिए आणविक फीडस्टॉक प्रेजेंटेशन सिस्टम का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) फेडस्टॉक अणुओं प्रस्तुति सतह से एक स्थितिगत नियंत्रित टूलटिप पर फीडस्टॉक अणुओं को प्राप्त करने के लिए गतिरोधी अणुओं को प्राप्त करने के लिए गति और प्रक्रियाओं की सीमा के साथ-साथ निश्चित सतहों पर टिथर्ड फीडस्टॉक अणुओं की प्रस्तुति को अनुकरण और अनुकरण करने की आवश्यकता है। ।

(बी) वैकल्पिक रूप से, बाध्यकारी, अवरोध सतहों के माध्यम से परिवहन, और प्रारंभिक रूप से स्थितिगत रूप से अनियंत्रित तरल या गैसीय फीडस्टॉक अणुओं (जैसे, एसिटिलीन या सी 2 एच 2) की स्थिति को मुख्य रूप से आणविक स्टेरिक (आकार पर आधारित बाध्यकारी साइटों के डिजाइन की ओर एक दृश्य के साथ खोजा जाना चाहिए) ) गुण जो आणविक विनिर्माण प्रणालियों में उपयोग के लिए लचीला रूप से इंजीनियर हो सकते हैं।

(बी) प्रयोगात्मक

(1) सामान्य डिजाइन और उच्च सटीकता यूएचवी नैनोपोशनिंग सिस्टम का निर्माण

(ए) सबसे जरूरी नई प्रयोगात्मक क्षमता कम शोर एसपीएम पोजीशनिंग प्रणाली का विकास है जो अत्यधिक दोहराए जाने योग्य उप-एंगस्ट्रॉम (0.2-0.5 Å) स्थिति-1-माइक्रोन राउंड-ट्रिप पथों पर स्थिति सटीकता के साथ है, जिसमें उप-नैनोमीटर होता है परिशुद्धता समन्वय प्रणाली कम से कम दस माइक्रोन फैलती है।

(बी) एक पोजिशनिंग सिस्टम की आवश्यकता है जो हिस्टैरेसीस और बैकलाश को कम करता है, या जो कम से कम पर्याप्त रूप से दोहराने योग्य तरीके से निष्पादित करता है ताकि टूलटिप प्लेसमेंट सटीकता 0.2-0.5 एंगस्ट्रोम्स की गारंटी हो सके।

(सी) बहु-टिप नैनोपोशनिंग सिस्टम का विस्तार, प्रारंभिक प्रणालियों में एकल अणु पोजीशनिंग (उदाहरण के लिए, वर्कपीस रोटेशन और मैनिपुलेशन इवेंट्स के दौरान उपलब्ध झुकाव) के लिए स्वतंत्रता की डिग्री में वृद्धि, और संभवतः बाद में सिस्टम में, बंद- प्रति टूलटिप की कम से कम 5 डिग्री स्वतंत्रता वाले दोहरी टिप एएफएम सिस्टम के लूप नियंत्रण (टिप प्रति 6 डीओएफ यह सुनिश्चित करने के लिए बेहतर होगा कि हम टूलटिप्स को सटीक रूप से संरेखित कर सकें)।

(डी) कम से कम प्रदूषण वाले अल्ट्राक्लेन यूएचवी वातावरण प्रदान किए जाने चाहिए। ~ 10-9 टोर का एक सामान्य यूएचवी वैक्यूम प्रयोगकर्ता को, औसत पर ~ 1000 सेकेंड से पहले एक खुला कट्टरपंथी साइट के विषाक्तता से पहले भंग प्रदूषक परमाणुओं, आयनों और अणुओं के एक प्रभाव के कारण हो सकता है। छोटी मात्रा के अंदर काम करने की क्षमता मदद करेगा। उदाहरण के लिए, एक संलग्न 10,000 क्यूबिक माइक्रोन बॉक्स के अंदर 1 नैनोटारर का वैक्यूम, औसतन, एक से कम प्रदूषक अणु होता है – आमतौर पर, वास्तव में, एक परिपूर्ण वैक्यूम बना देता है।

(ई) डीएमएस प्रक्रिया पूरी तरह से स्वचालित करने के अंतिम उद्देश्य के साथ, प्रक्षेपवक्र, घूर्णन, और पोजिशनिंग के कंप्यूटर नियंत्रण का अध्ययन किया जाना चाहिए ताकि नैनोस्ट्रक्चर को एक विशेष ब्लूप्रिंट के अनुसार बनाया जा सके।

(2) डीएमएस नैनोपोशनिंग सिस्टम के लिए विशिष्ट चुनौतियां

(ए) वर्कपीस पर लक्षित प्रतिक्रिया साइट के सापेक्ष टूलटिप के स्थितित्मक पंजीकरण और संरेखण के नए तरीकों की आवश्यकता है। टूलटिप के संरेखण में भी एक बहुत ही कम विसंगति के परिणामस्वरूप अवांछित बंधन गठन होगा। मल्टीटूल टिप के मामले में, प्रत्येक उपकरण उचित वर्कपीस प्रतिक्रियाशील साइट पर सटीक संरेखण और स्थिति निर्धारण करने में सक्षम होना चाहिए।

(बी) कम-त्रुटि डीएमएस को सक्षम करने के लिए पर्याप्त सटीकता के साथ, टूलटिप द्वारा पहले देखी गई वर्कपीस साइट के सापेक्ष, एक नई या लौटने वाली रोशनी टूलटिप के दोहराने योग्य पोजीशनल पंजीकरण और संरेखण की आवश्यकता है।

(सी) कम-त्रुटि डीएमएस को सक्षम करने के लिए पर्याप्त सटीकता के साथ, वर्कपीस प्रतिक्रियाशील साइट के सापेक्ष, एक नया या लौटने वाला टूलटिप दोहराए जाने योग्य टूलटिप रोटेशन और झुकाव की आवश्यकता है। टूलटिप झुकाव में छोटे बदलावों को प्रतिक्रिया exoergicity, प्रतिक्रिया बाधाओं, और प्रतिक्रिया विश्वसनीयता को बदलने की भविष्यवाणी की जाती है।

(डी) निकटवर्ती एकाधिक टूलटिप्स के स्थितित्मक पंजीकरण के लिए विधियों को तैयार करने की आवश्यकता है। दो या दो से अधिक टूलटिप्स की समेकित कार्रवाई की आवश्यकता वाले मैकेनोसिथेटिक चरण को पूरा करने के लिए, किसी दूसरे के सापेक्ष एक उपकरण का पता कैसे लगाता है? यह समस्या सापेक्ष टूलटिप पदों और रिश्तेदार टूलटिप रोटेशन दोनों पर लागू होती है।

(ई) मल्टीटिप चेंजआउट के लिए प्रायोगिक क्षमता प्रारंभिक डीएमएस प्रदर्शन प्रणाली के लिए आवश्यक होगी। बाद में पीढ़ी “मिल” प्रकार डीएमएस सिस्टम एक चलती परिवहन प्रणाली से चिपकने वाले कार्यक्षेत्रों और उपकरणों को नियोजित कर सकता है जो उन्हें पूर्व निर्धारित ट्रैजेक्टोरियों के साथ बताता है, जिसके दौरान उन्हें छुट्टी दी जाती है, फिर एक दोहराव अनुक्रम में रिचार्ज किया जाता है।

(एफ) टूलटिप रसायन और संरचना पर सटीक नियंत्रण सुनिश्चित करने के तरीकों की आवश्यकता है ताकि उच्च प्रतिक्रिया की विश्वसनीयता के साथ विशिष्ट प्रतिक्रियाएं संभव हों।

(3) डीएमएस युक्तियों का प्रायोगिक निर्माण

(ए) आज प्रयोगात्मक रूप से सुलभ तकनीकों का उपयोग करके उचित हैंडल संरचनाओं के साथ मैकेनोसिंथेटिक टूलटिप्स बनाने का तरीका बताते हुए प्रस्तावों (और प्रस्तावों की आलोचना) की आवश्यकता है। (बाद में पीढ़ी के सिस्टम टूलटिप्स बनाने के लिए टूलटिप्स को नियोजित कर सकते हैं, एक बहुत तेज़ और अधिक कुशल प्रक्रिया।)

(बी) टूलटिप्स को चित्रित करने के तरीकों की आवश्यकता होती है, एक बार उन्हें गढ़ने के बाद, उन्हें नष्ट या निष्क्रिय करने के बिना। डीएमएस एक्सपेरिमेंटेशन के शुरुआती चरणों में यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण होगा जब इस तरह के सिस्टम (और समझने) के साथ हमारा अनुभव सबसे कम ईबीबी पर है।

(4) डीएमएस के लिए प्रायोगिक पृष्ठभूमि

(ए) प्रयोगात्मक क्षेत्र में, हम प्रयोगात्मकवादियों की तलाश कर रहे हैं (1) सरल डीएमएस या (2) विशिष्ट परिष्कृत मैकेनोसिंथेटिक परिचालन करने के लिए आवश्यक विशिष्ट क्षमताओं के प्रयोगशाला प्रदर्शनों को करने में सक्षम और सक्षम हैं।

(बी) डीएमएस के दौरान होने वाली विभिन्न स्थितियों के तहत सी (111), सी (110) और सी (100) हीरे की सतहों के व्यवहार को पूरी तरह से चित्रित करने के लिए प्रयोगात्मक साहित्य और किसी भी आवश्यक पूरक प्रयोगात्मक कार्य की समीक्षा की आवश्यकता है।

(सी) डीएमएस निर्माण के दौरान कार्यक्षेत्र के मध्यवर्ती राज्यों के सशर्त परीक्षण की उपयोगिता, और ऐसा करने के लिए सबसे उपयुक्त तरीकों के उपयोग की आवश्यकता है। क्या टूलटिप / वर्कपीस पंजीकरण, एक डीएमएस प्रतिक्रिया चरण के दौरान स्थितित्मक और बल प्रतिक्रिया माप के साथ संयुक्त है, विश्वसनीय डीएमएस संचालन सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त है, या स्वीकार्य डीएमएस विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक प्रत्येक चरण के बीच सशर्त परीक्षण और कार्यक्षेत्र प्रतिक्रिया साइट विशेषता है? ऐसा माना जाता है कि डीएमएस प्रयोग के शुरुआती चरणों में मध्यवर्ती कार्यक्षेत्र राज्यों का परीक्षण आवश्यक हो सकता है। चूंकि इन प्रणालियों के साथ अनुभव बढ़ता है और उपकरण टूलटिप-वर्कपीस इंटरैक्शन के दौरान प्रतिक्रियाओं की सामान्य सीमा के बारे में जमा होता है, इसलिए चरण-दर-चरण परीक्षण को समाप्त करना संभव हो सकता है, अंत-उत्पाद परीक्षण को प्रतिस्थापित करना और गुणवत्ता नियंत्रण उद्देश्यों के लिए स्पॉट-जांच करना संभव हो सकता है । चरण-दर-चरण परीक्षण का उन्मूलन शायद डीएमएस-आधारित फैब्रिकेशन सिस्टम, विशेष रूप से मिल-टाइप सिस्टम के बड़े पैमाने पर समांतरता और स्केलअप के लिए महत्वपूर्ण है।

 

(5) प्रायोगिक प्रमाण-सिद्धांत और प्रारंभिक डीएमएस प्रदर्शन मानक

(ए) पूरी तरह से मैकेनोसिंथेटिक (यानी, यांत्रिक बल केवल, कोई विद्युत क्षेत्र शामिल नहीं) के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है एच अधिमानतः, हीरे की सतह पर।

(बी) पूरी तरह से हीरे की सतह पर, पूरी तरह से mechanosynthetic एच दान के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(सी) पूरी तरह से हीरे की सतह पर, पूरी तरह से मैकेनोसिंथेटिक सी 2 डिमर (या अन्य साधारण हाइड्रोकार्बन मोरिटी) प्लेसमेंट के प्रायोगिक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(डी) एक ही कार्यक्षेत्र पर एक ही प्रतिक्रियाशील साइट पर या उसके पास दो या दो से अधिक डीएमएस प्रतिक्रियाओं के विशुद्ध रूप से मैकेनोसिंथेटिक अनुक्रम की प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है – उदाहरण के लिए, हीरे की सतह पर दो आसन्न एच abstractions, या सी (110) पर एक सी 2 dimer प्लेसमेंट ) पहले दान वाले सी 2 डिमर पर एच दान के बाद।

(ई) हीरे की सतह पर डीएमएस संचालन के दोहराने योग्य अनुक्रम को करने की क्षमता के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप उस सतह पर एक नई हीराइड संरचना का सत्यापन योग्य निर्माण होता है।

(एफ) एक महत्वपूर्ण 3 डी हीरेनोइड नैनोस्ट्रक्चर के एक पूरी तरह से मैकेनोसिथेटिक फैब्रिकेशन के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(जी) एक 3 डी तनावग्रस्त-खोल हीराइड संरचना की पूरी तरह से मैकेनोसिंथेटिक फैब्रिकेशन के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(6) डीएमएस समांतरता

(ए) समांतर टूलटिप सरणी के माध्यम से एक साथ कई साइटों पर एच-पासिवेट, या एच-डिस्पैसिवेट, हीरे सतहों की क्षमता के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(बी) डीएमएस टूलटिप्स के बड़े पैमाने पर समांतरता के लिए कम से कम संभावित क्षमता का प्रदर्शन करने वाले अन्य प्रकार के मैकेनोसिथेटिक संचालन के प्रयोगात्मक परीक्षणों की आवश्यकता है।

 

(7) परीक्षण और निर्माण के लिए प्राकृतिक नैनोपार्ट्स की उपलब्धता

(ए) आकार, ज्यामितीय संरचना, परमाणु गिनती, बंधन / कनेक्टिविटी, प्राकृतिक पेट्रोलियम से निष्कर्षण के बाद उपलब्धता, और आगे के अनुसार सूचीबद्ध स्वाभाविक रूप से होने वाली एडमेंटन संरचनाओं की एक पूर्ण पुस्तकालय होना उपयोगी होगा। यह हमें बताएगा कि प्राकृतिक रूप से होने वाले “हिस्सों” बड़ी मात्रा में आसानी से उपलब्ध हो सकते हैं ताकि अधिक जटिल नैनोस्ट्रक्चर जैसे बीयरिंग, गियर, और जैसे, या प्रारंभिक चरण प्रयोगात्मक मैनिपुलेटर सिस्टम के प्रदर्शन का परीक्षण किया जा सके।

(बी) एडमेंटन बिल्डिंग ब्लॉक प्राइमेटिव के साथ शुरू होने वाले हीरेनोइड नैनोपार्ट्स बनाने की संभावना की जांच की जानी चाहिए। यदि यह संभव साबित होता है, तो यह हीरेनोइड नैनोपार्ट्स के मूल पिंजरे ढांचे के निर्माण में नियत डीएमएस को नियोजित करने की कुछ आवश्यकता को कम कर सकता है। आवश्यक नैनोपार्ट सतह सुविधाओं के अतिरिक्त या संशोधन के लिए प्रेसिजन डीएमएस की आवश्यकता होगी, और हींडोइड नैनोपार्ट फैब्रिकेशन प्रक्रिया के दौरान बड़े पैमाने पर एडमेंटन प्राइमेटिव्स में शामिल होने वाले सहसंयोजक के लिए।

 

 

(II) प्रोग्राम करने योग्य पोजिशन असेंबली के लिए तकनीकी चुनौतियां

 

(ए) सैद्धांतिक

 

(1) नैनोपार्ट ग्रिपर डिजाइन

(ए) स्थितिगत नियंत्रित ग्रिपर्स को डिज़ाइन किया जाना चाहिए जो तैयार नैनोपार्ट्स को पकड़ लेते हैं और फिर उन्हें कहीं और परिवहन करने के लिए या असेंबली चरणों की एक श्रृंखला में आगे बढ़ने के लिए, जैसे भागों के सम्मिलन ऑपरेशन (एक छेद को पूरक छेद में धक्का दिया जाता है) या अन्य समान असेंबली ऑपरेशन, जिसमें छोटे हिस्से यांत्रिक रूप से बड़े यौगिक नैनोपार्ट बनाने के लिए संयुक्त होते हैं जिसमें वैन डेर वाल्स बंधन शामिल होता है। अपने घटक भागों से यौगिक नैनोमाचिन बनाने के उद्देश्य से उपयोग किए जाने वाले हैंडल टूल्स मैकेनोसिंथेसिस के लिए उपयोग किए जाने वाले हैंडल टूल्स से डिजाइन में काफी अलग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, मैकेनोसिंथेटिक टूलटिप्स आमतौर पर लगभग विशेष रूप से सहसंयोजक-बंधन बनाने वाली प्रतिक्रियाशीलता रखते हैं, जबकि असेंबली टूलटिप्स मुख्य रूप से वैन डेर वाल्स या अन्य कमजोर बंधन प्रणालियों को भागों को पकड़ने के लिए नियोजित कर सकते हैं, हालांकि कमजोर सहसंयोजक बंधन (उदाहरण के लिए, मूल बंधन, एसएन-सी बॉन्ड, आदि) भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

(बी) कठोरता को बनाए रखने और ग्रिपर को क्रियान्वित करने की क्षमता रखते हुए ठीक स्थिति प्रणाली के लिए ग्रिपर को जोड़ने के तरीकों की आवश्यकता है।

(सी) एसपीएम टिप पर दूसरे के लिए एक ग्रिपर तंत्र का आदान-प्रदान करने की क्षमता की आवश्यकता है। यह सुविधाजनक अस्थायी भंडारण और अप्रयुक्त ग्रिपर तंत्र की पुनर्प्राप्ति के लिए डिपो संरचनाओं को डिजाइन करने के लिए एक अनुशंसात्मक आवश्यकता का तात्पर्य है।

 

(2) नैनोपार्ट मैनिपुलेटर एक्ट्यूएटर डिजाइन

(ए) नैनोस्केल और आणविक actuators के लिए डिजाइन की जरूरत है। इन डिज़ाइनों को नैनोस्केल मशीनरी में एक्ट्यूएटर के भविष्य के बड़े पैमाने पर एकीकरण की आवश्यकता के चिंतन में उत्पन्न किया जाना चाहिए, और संभावित भविष्य बहु-एक्ट्यूएटर सिस्टम पर विचार करना चाहिए।

 

(3) नैनोपार्ट फीडस्टॉक प्रस्तुति प्रणाली के डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) असेंबली उपकरणों द्वारा आसान पिकअप के लिए, नैनोपार्ट प्रस्तुति सतह से स्थितिगत नियंत्रित असेंबली टूल पर नैनोपार्ट्स प्राप्त करने के लिए गति और प्रक्रियाओं की सीमा के साथ-साथ निश्चित सतहों पर टेंडर किए गए नैनोपार्ट्स की प्रस्तुति को अनुकरण और अनुकरण करने की आवश्यकता है।

(बी) वैकल्पिक रूप से, बाध्यकारी, अवरोध सतहों के माध्यम से परिवहन, और प्रारंभिक रूप से स्थितिगत रूप से अनियंत्रित नैनोपार्ट्स की स्थिति को तरल या गैसीय वाहक तरल पदार्थ में तैरने की स्थिति को नैनोपार्ट बाध्यकारी साइटों के डिजाइन की ओर देखने के लिए खोजा जाना चाहिए जिसे आणविक में उपयोग के लिए लचीला रूप से इंजीनियर किया जा सकता है विनिर्माण प्रणाली

 

(4) वर्कपीस रिलीज सतहों का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) पियर या डिटेक्टेबल सतहों पर नैनोपार्ट्स और / या उनके मध्यवर्ती संरचनाओं को बनाने के तरीके की विश्लेषण की आवश्यकता है, फिर उन्हें उठाएं।

 

(5) नैनोपार्ट असेंबली अनुक्रमों का डिजाइन और सिमुलेशन

(ए) प्रति ब्लूप्रिंट योजना के अनुसार, एक विशिष्ट एकत्रित वस्तु में भागों के विशिष्ट संग्रह को इकट्ठा करने के लिए आवश्यक असेंबली चरणों के अनुक्रमों को डिजाइन करने की आवश्यकता है। इसमें भागों के अधिग्रहण और डिपो क्षेत्रों में तैयार उत्पाद वस्तु के स्टोरेज के लिए प्रासंगिक गति शामिल होनी चाहिए।

 

(6) juxtaposed नैनोपार्ट्स में परमाणु पुनर्गठन

(ए) असेंबली संचालन के दौरान अन्य चलती नैनोपार्ट्स के साथ घनिष्ठ संपर्क में रखे गए नैनोपार्ट्स को स्थानांतरित करने के संभावित पुनर्निर्माण (और रासायनिक स्थिरता) के क्वांटम रासायनिक और आणविक गतिशीलता विश्लेषण की आवश्यकता है।

 

(बी) प्रयोगात्मक

 

(1) नैनोपार्ट विधानसभा कार्य को सक्षम करने के लिए एसपीएम प्रौद्योगिकी का विकास

(ए) एसपीएम युक्तियों पर एंड-इफेक्टर्स के रूप में रिवर्सिबल नैनोपार्ट ग्रिपर्स की आवश्यकता है। पकड़ने वाले रिमोट और / या सशर्त क्रियान्वयन में सक्षम होना चाहिए।

(बी) असेंबली कार्य के लिए एसपीएम सिस्टम का उपयोग करने के लिए कम स्थितित्मक प्लेसमेंट परिशुद्धता की आवश्यकता हो सकती है लेकिन अधिक ताकतों को लागू करने की क्षमता, और अधिक जटिल दिशाओं में (उदाहरण के लिए, गोलाकार या हेलीकल टॉर्क, थ्रेडिंग / सम्मिलन गति इत्यादि लागू करने वाले मोड़ मोड़ने आदि) । नैनोमीटर-स्केल नैनोपार्ट्स से परमाणु रूप से सटीक उत्पाद बनाने के लिए नैनोपार्ट पोजिशनिंग में परमाणु परिशुद्धता की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन आसन्न रोगजनक असेंबली संरचनाओं से वांछित असेंबली संरचना को अलग करने के लिए केवल पर्याप्त स्थितित्मक परिशुद्धता होती है।

(सी) एक एक्ट्यूएशन विधि विकसित करना चाहिए जिसे आसानी से समानांतर में नियंत्रित किया जा सकता है और संभावित रूप से स्केलेबल है।

(2) वर्कपीस रिलीज सतहों का निर्माण और परीक्षण

(ए) आसान पकड़ने और हेरफेर के लिए डिजाइन किए गए हिस्सों की आवश्यकता है।

(बी) कुशल भागों प्रस्तुति योजनाओं की आवश्यकता है।

(सी) स्थितित्मक नियंत्रित असेंबली के दौरान नियंत्रित भागों चिपकने की संभावना की जांच करें।

(डी) नैनोपार्ट पलटिज़ेशन की संभावना की जांच।

(ई) एक बलिदान सतह पर डीएमएस-आधारित नैनोपार्ट फैब्रिकेशन की संभावना की जांच करें जो विघटित हो जाती है, एक वाहक तरल पदार्थ में नैनोपार्ट जारी करती है।

(3) प्रायोगिक प्रमाण-सिद्धांत और प्रारंभिक स्थितित्मक असेंबली प्रदर्शन मानक

(ए) एक भागों प्रस्तुति सतह या भागों डिपो से इनपुट नैनोपार्ट्स को सटीक रूप से खोजने और पुनर्प्राप्त करने की क्षमता के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(बी) एक अधिक जटिल उत्पाद वस्तु में दो या दो से अधिक नैनोपार्ट्स के शुद्ध रूप से यांत्रिक शामिल होने के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(सी) किसी ज्ञात स्थान और अभिविन्यास में उत्पाद संग्रहण सतह या उत्पाद डिपो पर तैयार असेंबल उत्पाद ऑब्जेक्ट्स को स्थिर रूप से स्थानांतरित करने की क्षमता का प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(डी) पूरी तरह से mechanosynthetic सम्मिलन और थ्रेडिंग ऑपरेशन के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है।

(ई) दो उत्पाद वस्तुओं को प्राप्त करने की क्षमता के प्रयोगात्मक प्रदर्शन की आवश्यकता है और एक और जटिल उत्पाद वस्तु बनाने के लिए उन्हें एक साथ शामिल करें।

 

 

(III) बड़े पैमाने पर समांतर स्थितित्मक असेंबली के लिए तकनीकी चुनौतियां

 

(1) डीएमएस प्रतिक्रियाशील टूलटिप्स और सिस्टम के विशाल समानांतरता

(ए) डीएमएस समांतरता के लिए विश्लेषण और प्रस्तावों की आवश्यकता है। मैकेनोसिंथेसिस परिचालन करने का लक्ष्य तार्किक रूप से पहले (एक शोध उद्देश्य के रूप में) मैकेनोसिंथेसिस को बड़े पैमाने पर समांतर बनाने का लक्ष्य होना चाहिए।

(बी) टिप पर कई डीओएफ के साथ संभवतः उच्च दोहराव और स्थायित्व वाले उच्च सटीक मैनिपुलेटर्स बनाने के लिए विश्लेषण और प्रस्तावों की आवश्यकता है, जिसे बड़े पैमाने पर समानांतर सरणी में व्यवस्थित किया जा सकता है ताकि वर्कपीस के बड़े पैमाने पर समानांतर डीएमएस प्रोसेसिंग की अनुमति मिल सके। ये उच्च-थ्रूपुट उत्पादन प्रणालियों के प्रमुख घटकों के रूप में कार्य करने में सक्षम हो सकते हैं। इस तरह के सरणी आज के एसपीएम नहीं हैं, लेकिन आज के एसपीएम के तकनीकी वंशज हो सकते हैं।

(सी) बड़े पैमाने पर समांतर विनिर्माण प्रणालियों में अनावश्यकता के विभिन्न स्तरों को शामिल करने के लिए उपयोगिता की आवश्यकताओं और आवश्यकताओं के डिजाइन विश्लेषण की आवश्यकता है।

(डी) डीएमएस फैब्रिकेशन या नैनोपार्ट्स असेंबली ऑपरेशंस में प्रयुक्त लोअर-स्तरीय सिस्टम को बड़े सिस्टम के लिए स्केलेबल होने के लिए प्रदर्शित किया जाना चाहिए, या इस तरह के स्केलेबिलिटी को सक्षम करने के लिए फिर से डिजाइन किया जाना चाहिए।

 

(2) नैनोपार्ट असेंबली ग्रिपर्स और संबंधित सिस्टम के बड़े समानांतरता

(ए) समानांतर संचालित अरब-वर्कस्टेशन भागों असेंबली सरणी के लिए नियंत्रण प्रणाली डिजाइन करने की आवश्यकता है। इसमें स्थितिगत नियंत्रित एक्ट्यूएशन सिस्टम के कार्यान्वयन शामिल हैं।

(बी) बड़े हिस्सों असेंबली सिस्टम में विश्वसनीयता और त्रुटि दरों के विश्लेषण की आवश्यकता है। बड़े पैमाने पर समांतर विनिर्माण प्रणालियों के लिए गलती सहिष्णु डिजाइन के अध्ययन उपयोगी होंगे।

 

(3) बड़े पैमाने पर समानांतर विनिर्माण प्रणालियों के लिए सिमुलेशन सॉफ्टवेयर

(ए) प्रमुख उपप्रणाली और नैनोफैक्टरीज की प्रणालियों के बहुस्तरीय एकीकृत सिमुलेशन के लिए सक्षम सॉफ़्टवेयर की आवश्यकता है।

(बी) बड़े पैमाने पर समांतर असेंबली सिस्टम के लिए वर्कफ़्लो नियोजन सॉफ्टवेयर की आवश्यकता है।

(IV) ननोमेकेनिकल  डिजाइन के लिए तकनीकी चुनौतियां

 

(1) नैनोपार्ट्स पुस्तकालयों की स्थापना

(ए) सीएडी-प्रयोग योग्य प्रारूपों में नैनोपार्ट पुस्तकालय स्थापित करने की आवश्यकता है।

(बी) नैनोपार्ट्स और नैनोसाइंबलीज़ “असेंबली के लिए डिज़ाइन” और “विश्लेषण और सत्यापन के लिए डिज़ाइन” दार्शनिकों को नियोजित करना चाहिए।

(सी) आणविक के लिए पर्याप्त निम्न स्तर के संरचनात्मक और कार्यात्मक घटकों के एक पूर्ण सेट बनाने के लिए कितने विशिष्ट नैनोपार्ट्स और सामग्रियों की सतहों की आवश्यकता हो सकता है, यह निर्धारित करने के लिए पिछले विश्लेषण (उपर्युक्त देखें) में व्युत्पन्न संरचनाओं का विश्लेषण करने की आवश्यकता है।

 

(2) नैनोपार्ट्स, नैनोमाचिन, और नैनोमाचिन ऑपरेशंस का सिमुलेशन

(ए) ऐसे सॉफ़्टवेयर की आवश्यकता है जो विश्वसनीय रूप से डायमंडॉयड मशीन भागों के किनेमेटिक ऑपरेशन का मॉडल और अनुकरण कर।

(बी) कई इंटरैक्टिंग भागों के आणविक गतिशीलता सिमुलेशन करने में सक्षम सीएडी / अनुकरण प्रणाली विकसित करने की आवश्यकता है, और उनके बातचीत की प्रक्रिया और शारीरिक विशेषताओं की समस्या भविष्यवाणी की आवश्यकता है।

(सी) कम से कम महत्वपूर्ण घटकों के परमाणु सिमुलेशन के साथ, एक नैनोमीटर के लिए एक विस्तृत डिजाइन की आवश्यकता है। सामग्री निर्दिष्ट की जानी चाहिए और मॉडमी संरचनाओं की रासायनिक स्थिरता का जाना जाना चाहिए। किसी भी प्रकार के धातु का उपयोग गंभीर सतह स्थिरता के मुद्दों को बढ़ाया जा सकता है और सतह से संपर्क करने के लिए आक्रमण के कारण विफलता हो सकता है, लेकिन धातु के ग्रैफेन, डोप्ड हीरे या अन्य कठोर सहसंयोजक पदार्थों का उपयोग इसके बजाए जा सकते हैं है। पृथक्करण के साथ सुरंग वर्तमान की घातीय निर्भरता कारण स्थिति में उत्कृष्टता भी आवश्यक हो सकता है।

(डी) कम से कम मुख्य घटकों, विशेष रूप से बाध्यकारी बिंदु और ड्राइव तंत्र के परमाणु सिमुलेशन के साथ, अणु-चयन पंप के लिए एक विस्तृत डिज़ाइन की आवश्यकता है। एक उपयोगी लक्ष्य एक चुनिंदा वाल्व या पंप प्रणाली का एक आणविक स्तर का डिज़ाइन हो सकता है कि कठोर साम्राज्य के आधार पर हो सकता है जो लगभग 100% दक्षता के साथ ऑक्सीजन और पानी को छोड़कर चुने हुए अणु को स्वीकार कर रहे हैं।

(ई) ड्रेक्सलर के नैनोसिस्टम थर्मल शोर के प्रभावों का आकलन करने के लिए एक ढांचा तैयार करता है, फिर भी आणविक पोजिशनर की नोक पर स्थितियों में अनिश्चितता की गणना में एक इंजीनियरिंग डिजाइन पर लागू किया जाता है। पता पता चल रहा है कि स्थितियों से अनिश्चितता परमाणु व्यास से कम किया जा सकता है – एक आवश्यक, अगर संभवतः पर्याप्त नहीं है, तो ऐसे उपकरण के लिए काम करने की स्थिति। लेकिन हमें तरल नाइट्रोजन और कमरे के तापमान पर संचालित अधिक जटिल नैनोमाचिन की आणविक गतिशीलता सिमुलेशन की एक विस्तृत श्रृंखला की भी आवश्यकता है, जिसमें तंत्र स्वयं और इसके माउंटिंग थर्मल शोर के अधीन हैं।

(एफ) नैनोक्रिबोलॉजी (नैनोस्केल घर्षण) पर हालिया प्रयोगात्मक और अनुकरण कार्य के नए शरीर की समीक्षा की आवश्यकता है, इसके बाद नैनोस्केल मशीनरी के प्रदर्शन के लिए इसके प्रभाव (यदि कोई हो) का मूल्यांकन किया जाए। उदाहरण के लिए, असामान्य ग्रेफाइट और असामान्य ग्राफीन स्लाइडिंग सतहों की superlubricity प्रयोगात्मक प्रदर्शन किया गया है। समस्या के पैमाने में और अंतर्दृष्टि और किसी भी विशिष्ट डिजाइन बाधाओं को लागू किया जा सकता है जो सरल, संचालित नैनोमेकेनिकल सिस्टम के मात्रात्मक आणविक गतिशील सिमुलेशन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। घर्षण के कम मूल्य भी स्थानीय हीटिंग के उच्च स्तर पैदा करके नैनोमाचिन ऑपरेशन से समझौता कर सकते हैं जो ऐसे उपकरणों की रासायनिक स्थिरता को कम कर सकता है। मशीनों के ड्राइविंग मोड से ऊर्जा के रिसाव को यादृच्छिक, उच्च आवृत्ति कंपन मोड में गर्मी का गठन होता है जब भी रासायनिक बंधन उस सीमा से आगे फैले होते हैं, जिस पर वे एक हार्मोनिक क्षमता (यानी, हुके के कानून का पालन करते हैं) द्वारा अनुमानित होते हैं, यद्यपि यह उन प्रणालियों को डिजाइन करना संभव प्रतीत होता है जहां वांछित मोड और अपव्यय मोड 99% + दक्षता की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से decoupled हैं, समान मैक्रोस्कोकल सिस्टम से काफी बेहतर है।

(जी) हीरेडॉइड सतहों और थोक क्रिस्टल के माध्यम से हाइड्रोजन प्रसार के प्रभाव की साहित्य समीक्षा, निश्चित सिमुलेशन और मूल्यांकन की आवश्यकता है।

(एच) हीरेओड मैकेनिकल संरचनाओं और संचालन की विश्वसनीयता पर साहित्य समीक्षा, निश्चित सिमुलेशन और विकिरण क्षति के प्रभाव की आवश्यकता है।

 

(3) नैनोफैक्टरी डिजाइन

(ए) नैनोफैक्टरी संचालन के व्यापक सिमुलेशन की आवश्यकता है। ध्यान दें कि शुद्ध हीरे से बने उत्पादित उत्पाद के एक किलोग्राम में ~ 50 x 1024 कार्बन परमाणु होंगे, जिसमें ~ 50 x 1024 डीएमएस ऑपरेशंस की आवश्यकता होगी ~ 1 डीएमएस ऑपरेशन प्रति सी परमाणु लगाए गए; और फिर भी एक आधुनिक डेस्कटॉप कंप्यूटर प्रति दिन ~ 1024 ट्रांजिस्टर ऑपरेशंस निष्पादित करता है। यदि एक परिपक्व विनिर्माण प्रणाली में व्यक्तिगत डीएमएस संचालन को आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर चिप में आदिम ट्रांजिस्टर ऑपरेशंस के रूप में सरल और विश्वसनीय के रूप में बनाया जा सकता है, तो नैनोफैक्टरी संचालन में अंतर्निहित जटिलता का स्तर काफी समझा जा सकता है लेकिन यह अकल्पनीय नहीं है।

(बी) बुनियादी नैनोफैक्टरी आर्किटेक्चर के डिजाइन स्पेस का सर्वेक्षण और मूल्यांकन किया जाना चाहिए, हालांकि अंतरिक्ष व्यापक मूल्यांकन के लिए शायद बहुत बड़ा है। एक अच्छा नैनोफैक्टरी डिजाइन एक बूटस्ट्रैप-सक्षम प्रणाली होना चाहिए, पुन: प्रोग्रामिंग की आसानी प्रदर्शित करना चाहिए, निर्माण के दौरान कार्यक्षेत्रों के लिए अधिकतम ज्यामितीय पहुंच की अनुमति देनी चाहिए, ऑपरेशन के दौरान अधिकतम विश्वसनीयता प्रदर्शित करना चाहिए, “सुरक्षित” होना चाहिए और कोई भी अयोग्यता प्रदर्शित नहीं करना चाहिए, “बिल्ड करने योग्य” होना चाहिए, और स्वच्छ विनिर्माण और प्रदूषण मुक्त संचालन को सक्षम करना चाहिए।

 

(सी) मैक्रोसेल-समकक्ष प्रक्रिया नियंत्रण के लिए संभावित आवश्यकताओं की जांच करने और सेंसर, सीमा स्विच, और इसी तरह, नैनोफैक्टोरियों में वाद्ययंत्र की निगरानी करने की आवश्यकता है, जो सशर्त क्रियान्वयन की अनुमति देने वाले संवेदी फीडबैक लूप का गठन करते हैं। यदि डीएमएस फैब्रिकेशन अनुक्रम और भागों असेंबली अनुक्रमों को अवांछित पुनर्निर्माण या अन्य संरचनात्मक रोगों को कम करने या समाप्त करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, तो परंपरागत इनलाइन सेंसिंग की आवश्यकता बहुत कम हो जाती है (संभव विफलता मोड की संख्या के साथ)।

 

(डी) प्रदर्शन और डिजाइन ट्रेडऑफ की मात्रा के साथ, समानांतर उत्पादन लाइनों की संख्या, किसी दिए गए उत्पादन लाइन के मध्य-समय-टू-ब्रेकडाउन, नैनोफैक्टरी के माध्यम से वैकल्पिक वर्कपीस मार्गों की इष्टतम संख्या सहित प्रदर्शन और डिज़ाइन ट्रेडऑफ की मात्रा के साथ गुणात्मक रूप से अनावश्यक उत्पादन लाइनों के लिए डिज़ाइन की जांच करने की आवश्यकता है। , समग्र विनिर्माण संचालन की विश्वसनीयता और दक्षता निर्धारित करने के लिए, इष्टतम संख्या और उत्पादन प्रवाह शंट्स का स्थान, और आगे।

 

इस पृष्ठ की लिखित सामग्री © 2006-18 रॉबर्ट ए फ्रीटास जूनियर और राल्फ सी। मेर्कले

छवि क्रेडिट: नैनोफैक्टरी – © जॉन बर्च, लिज़र फायर स्टूडियो। कॉपीराइट सभी छवियों पर लागू होता है।

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