Tip:
Highlight text to annotate it
X
איך טלפון חכם יודע להבחין בין מעלה ובין מטה EngineerGuy #4
אני חושב שזו אחת התכונות המגניבות ביותר בטלפונים החכמים של ימינו.
הוא יודע להבחין בין מעלה ובין מטה.
בתוך המעגלים האלקטרוניים בנוי מכשיר קטן שיכול
לזהות שינויים בכיוון ולומר למסך להסתובב.
בואו נראה כיצד זה נראה באייפון ישן.
הנה זה
זה מד-תאוצה.
תיכף אסביר לכם איך רכיב כזה עובד ואיך מייצרים אותו
.אבל קודם, כמה דברים בסיסיים על מדי-תאוצה
הם מורכבים משני חלקים בסיסיים
מסגרת המחוברת לעצם שאת התאוצה שלו אנחנו רוצים למדוד
.ומסה, שמחוברת למסגרת, אבל עדיין יכולה לנוע
כאן זהו קפיץ עם כדור מתכתי כבד.
אם נזיז את המסגרת הכדור ישתרך מאחור
וימתח את הקפיץ.
אם נמדוד עד כמה הקפיץ מתארך
נוכל לחשב את כוח הכבידה.
קל לראות איך בעזרת שלושה כאלה ניתן למצוא
את הכיוון של עצם תלת מימדי.
כאשר העצם נח כך שציר z ניצב לכוח הכבידה
רק הכדור שעל ציר x מראה התארכות.
אם נהפוך את המערכת על צידה כך שציר z יצביע למעלה
ורק מד התאוצה עם הקפיץ שבציר הזה יתארך.
ובכן, איך הטלפון הזה והשבב הזה מודדים שינויים בכבידה.
למרות שהמנגנון יותר מסובך מהמודל הפשוט של הכדור והקפיץ
יש לו את אותם רכיבים בסיסיים.
בתוך השבב המהנדסים בנו מד תאוצה קטנטן מסיליקון.
יש לו, כמובן, מסגרת שמחוברת לטלפון
וחלק שנראה כמו מסרק שיכול לזוז קדימה ואחורה.
זוהי המסה הסיסמית המקבילה לכדור.
הקפיץ במקרה הזה הוא הגמישות של
החיבור הדק מסיליקון אל המסגרת.
ברור שאם נמדוד את התנועה של החלק המרכזי הזה
נוכל לזהות שינויים בכיוון.
כדי לראות איך זה נעשה, שימו לב לשלוש מה\"אצבעות\" על מד התאוצה.
שלוש האצבעות יוצרות קבל דיפרנציאלי.
זה אומר שאם המקטע המרכזי זז אז הזרם יעבור.
המהנדסים מחשבים את הקשר שבין כמות הזרם שעובר לתאוצה.
מד התאוצה הזה מרתק אותי
אבל אפילו עוד יותר מרשימה היא הצורה שבה מייצרים אותו.
זה נראה כמעט בלתי אפשרי לייצר מכשיר כל כך מורכב
כמו מד התאוצה הטלפוני הקטנטן הזה.
ברוחב של 500 מיקרון בלבד אין כלים קטנים מספיק בשביל לבנות כזה דבר.
במקום זאת, המהנדסים משתמשים בתכונות כימיות ייחודיות
של סיליקון כדי לגלף את האצבעות והמסרק של מד התאוצה.
כדי לתת לכם מושג כיצד הם עושים זאת
בואו נראה איך ניתן לייצר קורה מוגבהת אחת
כמו מקפצה של בריכה
בחתיכה בודדת של סיליקון.
על ידי ניסוי, מהנדסים הבחינו שאם הם מוזגים אשלגן הידרוקסידי
על משטח של גביש סיליקון
הוא יאכל את הסיליקון עד שיווצר חור בצורת פירמידה.
זה קורה בגלל המבנה הגבישי הייחודי של סיליקון.
כדי ליצור חור בצורת פירמידה בסיליקון המהנדסים מכסים את כל המשטח
פרט לריבוע קטן בעזרת כיסוי שעמיד בפני החומר.
כעת הגילוף יתבצע רק בתוך הריבוע שמגודר על ידי הכיסוי.
ה-KOH ממיס את הסיליקון מהר יותר בכיוון האנכי
מאשר בכיוון האופקי.
זה הסיבה שהוא יוצר חור בצורת פירמידה.
כעת, כדי ליצור קורה מוגבהת, המהנדסים מצבעים את הצעדים הבאים
ראשית, מכסים את המשטח פרט למקטע בצורת האות ח.
בתחילה ה-KOH יחפור שתי פירמידות הפוכות זו לצד זו.
בהמשך הגילוף ה-KOH מתחיל להמיס
את הסיליקון שבין שני החורים האלה.
אם נשטוף אותו החוצה בדיוק ברגע הנכון
לפני שהוא ימיס את הסיליקון שמתחת לכיסוי
תישאר לנו בליטה מוגבהת מעל לחור עם קרקעית מרובעת.
המהנדסים יוצרים מדי תאוצה לטלפונים בעזרת אותן שיטות
אבל כפי שניתן לתאר יש צורך בסדרה של כיסויים מפורטים
כדי ליצור את המבנה המורכב של מד התאוצה הטלפוני.
למרות שהתהליך מורכב, הנקודה החשובה היא שהוא ניתן לאוטומציה.
זה חיוני לחלוטין עבור מיזעור של טכנולוגיה
מהנדסים כיום יוצרים כל מיני דברים מדהימים בסדר גודל קטנטן שכזה
מיקרו-מנועים עם גלגלי שיניים שמסתובבים 300,000 פעמים בדקה
מזרקי דיו למדפסות, והחביב עלי ביותר
מיקרו-מראות שממקדות אור בלייזר מוליך למחצה.
אני ביל המוק, המהנדס.
הוידאו הזה מבוסס על פרק בספר
\"שמונה סיפורי הנדסה מדהימים\"
בפרקים מובא מידע נוסף על הנושא.