در این تحقیق طراحی و ساخت یک میکرو/نانو مکانیزم مصنوعی برگرفته از طبیعت با قابلیت چسبندگی با استفاده از سیلیکن متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. در قرن اخیر تلاش هایی در راستای تولید سطح چسبنده مصنوعی صورت گرفته است. چنین سطوح چسبنده ای قادرند توانایی-هایی از قبیل چابکی و قدرت مانور بالا برای روبات های سیار ایجاد کنند. این روبات ها به نوبه خود می توانند در مواردی از قبیل عملیات امداد و نجات، کاربردهای پزشکی، محیط های خطرناک برای انسان همچون فضا و نیروگاه های هسته ای و کاربرد های دیگر مورد استفاده قرار گیرند. در راستای طراحی و تولید یک نمونه مصنوعی از سطح چسبنده، در ابتدا جانوران و حشرات دارای قابلیت حرکت کردن بر روی سطوح قایم مورد مطالعه قرار گرفتند. بر اساس مطالعات صورت گرفته استادانه ترین مکانیزم طبیعی انتخاب و مدل سازی شد. پارامترهای پر اهمیت مدل از قبیل ابعاد هندسی، جنس و غیره مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. پس از روشن شدن ساختار مدل نهایی مطالعاتی در راستای قابلیت ساخت آن صورت گرفت. ایده های مطرح شده در این زمینه به طور کامل بررسی و نهایتا ایده جدیدی در این راستا با توجه به امکانات موجود و قابل دسترس در ایران ارایه شد. روش ساخت ارایه شده یک عملیات قالب گیری جدید در ابعاد میکرو/نانو می باشد. در راستای اجرای ایده ارایه شده مطالعات نسبتا کاملی صورت گرفت. قدم اول در اجرای ایده ارایه شده، ساختن سیلیکن متخلخل با ساختار میکرو/نانومتری بود. در ادامه پارامترهای موثر در ساخت نمونه سیلیکن متخلخل به دقت مطالعه گردید و تکنولوژی ساخت آن به روش اچ الکتروشیمیایی ارایه گردید. در گام بعدی، عملیات طراحی و ساخت یک سیستم اچ الکتروشیمیایی به منظور تولید سیلیکن متخلخل انجام گرفت. در این راستا سیستمی با قابلیت طراحی و ساخت این ماده برای اولین بار در ایران طراحی و ساخته شد. با استفاده از این سیستم نمونه سیلیکن متخلخل برای اولین بار در ایران تولید شد. نهایتا دستگاه با هدف ساخت قالبی از جنس سیلیکون متخلخل مناسب جهت تولید سطح چسبنده کالیبره شده و سیلیکن متخلخل مذکور تولیدگردید.در آخرین گام از تحقیق حاضر، از سیلیکن متخلخل تولید شده به عنوان قالب استفاده شد و عملیات قالب گیری در ابعاد میکرو/نانو یک پلیمر مایع(سیلیکن رابر) در آن صورت گرفت. سپس پلیمر قالب گیری شده از قالب جدا شد و مورد بررسی قرار گرفت. پس از مطالعه ساختار نمونه ساخته شده، روشن شد که محصول به دست آمده یک نمونه سطح چسبنده مصنوعی می باشد.

طراحی و ساخت یک حشره مصنوعی پرنده به عنوان هدف نهایی این پروژه معرفی شده است. از آنجا که این پروژه به عنوان اولین گام در مسیر این هدف بزرگ قلمداد می گردد، طراحی مکانیزم بال زدن یک حشره مصنوعی پرنده در دستور کار این پروژه قرار گرفته است. اگر چه در یک دهه اخیر پروژه های زیادی در دانشگاه های معتبر دنیا به منظور دستیابی به این هدف آغاز گردیده است ولی مشکلات بسیار موجود بر سر راه، به عنوان موانعی بزرگ برای رسیدن به این هدف محسوب می گردند. از جمله این موانع، طراحی مکانیزم بال زدنی است که توانایی برآورده کردن حرکتی شبیه به بال یک حشره طبیعی و تامین نیروی مورد نیاز جهت پرواز حشره را داشته باشد با وجود اینکه مکانیزم های متعدد بال زدنی ارایه گردیده است ولی این مکانیزم ها یا در مقیاس های بزرگتر از اندازه یک حشره می باشند و یا اگر در مقیاس یک حشره طراحی شده اند، هنوز توانایی تامین حرکت و نیروی مورد نیاز در بال یک حشره را ندارد. مکانیزم بال زدنی که در این پروژه طراحی گردیده است، در محدوده ابعادی یک حشره طبیعی قرار دارد. این مهم به دلیل بهره گیری از تکنولوژی mems و بهینه سازی ابعاد مکانیزم میسر گردیده است. نتایج حاصل از مدلینگ و شبیه سازی این مکانیزم توانایی این مکانیزم در برآورده کردن حرکتی شبیه به حرکت بال یک حشره طبیعی را نشان می دهد. همچنین نیروی لیفت بدست آمده از این مکانیزم تقریبا برابر است با 1/2*10 به توان منفی 5 نیوتن که این مقدار نزدیکی مناسبی با مقادیر مورد نیاز برای پرواز دارند که یک تا دو برابر وزن نهایی حشره (2/1 *10 به توان منفی 5 نیوتن) است که تاییدی دیگر بر توانایی های این طرح ارایه شده می باشد.

یکی از شاخه های رو به رشد دانش در دنیای امروز نانو فن آوری است. رشد فن آوری به قدری سریع بوده است که جای خود را در تمامی رشته ها باز کرده است. مبحث نانو پوشش ها از زیر مجموعه های این فن آوری است که به علت کاربرد فراوان رشد چشمگیری داشته است. پوشش های اکسیدهای فلزی به ویژه لایه های نازک دی اکسید تیتانیوم بر روی شیشه از انواع نانو پوشش ها است که به منظور ایجاد و بهبود ویژگی های سطحی از قبیل خود تمیز کاری، ضد بخار کردن، ممانعت از چسبندگی آب، مقاومت در مقابل خراشیدگی و خوردگی استفاده می شوند. tio2 یک نیمه هادی با شکاف انرژی غیر مستقیم می باشد. با تابش نور uv دو پدیده مجزا در tio2 اتفاق می افتد، یکی پدیده فوتو کاتالیستی و دیگری پدیده فوق آبد دوستی است. این لایه ها در غیاب نور ماورا بنفش ویژگی های آب دوستی خود را به تدریج از دست می دهند. برای بقای این امر از یک ماده جاذب، مانند sio2، به عنوان ترکیب کمک گرفته می شود. با توجه به مطالب فوق در این پروژه در ابتدا، به بررسی روش های پوشش دهی در مقیاس نانو پرداخته شد، سپس طی یک کار آزمایشگاهی لایه های نازک tio2، tio2/sio2 و tio2/ag با استفاده از روش غوطه وری بر روی شیشه، به عنوان سطح زیرین، نشانده شد. در این کار تاثیر پارامترهای تعداد لایه های نشانده شده، دمای پخت و درصدهای مختلف sio2 بر روی خواص اپتیکی، ویژگی های ضخامتی، خاصیت آب دوستی، تاثیر نور uv بر روی خاصیت آب دوستی مورد بررسی قرار گرفت، همچنین با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی به بررسی مورفولوژی سطح، زبری لایه ها و میزان چسبندگی پرداخته شد. با بررسی های انجام شده مشاهده شد که با افزایش میزان لایه ها میزان عبور برای لایه های tio2 کاهش یافت. میزان خاصیت آب دوستی با افزایش تعداد لایه ها یک روند ابتدا افزایشی و سپس کاهشی از خود نشان داد. مشاهده شد که میزان 25 ? تا 30? وزنی sio2 حالت بهینه برای ویژگی های آب دوستی است. با افزایش دمای پخت میزان حساسیت به افزایش درصد sio2 کاهش یافت، افزایش دما میزان چسبندگی را برای نمونه شامل sio2 40% کاهش می دهد. وجود ذرات sio2 از زبری جذر میانگین مربعی لایه ها می کاهد. بررسی بیشتر بر روی همین پارامترها و سایر متغیرهای فرآیند از قبیل سرعت پوشش دهی روش پوشش دهی، بررسی روی نمودارهای نیرو فاصله و بسیاری دیگر از عوامل می تواند به عنوان راه هایی برای ادامه این پایان نامه باشد.

پیشرفت های فراوان در زمینه سیستم های میکروالکترومکانیکی و نیاز به ایجاد ساختارهای پیچیده و سه بعدی از یک سو و ناتوانی روش های ساخت در ابعاد میکرونی در پاسخ کامل به این نیازها از سوی دیگر، باعث پیدایش زمینه ای جدید در بحث مونتاژ این نوع سیستم ها گردیده است. میکرواسمبلی به عنوان پلی است که امکان مونتاژ میکروقطعات دو بعدی و ایجاد ساختار خارج از صفحه را میسر می سازد. در این تحقیق پس از مروری بر سیستم های میکروالکترومکانیکی و کارهای انجام شده در زمینه مونتاژ اینگونه سیستم ها به معرفی طرحی نو در زمینه میکروگریپرها که حساسترین بخش یک سلول میکرو مونتاژ محسوب می شوند، پرداخته می شود. تا کنون طرح های زیادی در زمینه میکروگریپر ارائه گردیده است اما در آنها یا کنترلی بر روی نیروی اعمالی از طرف فک ها وجود ندارد و یا از الگوریتم های کنترلی پیچیده و پرهزینه به این منظور استفاده شده است. در این طرح با استفاده از مکانیزم نیرو ثابت در پیکربندی ارائه شده، نیرو وارده از طرف فک های میکروگریپر به میکروقطعات، در حین پروسه میکرو مونتاژ ثابت نگاه داشته می شود. به این ترتیب الگوریتم های کنترلی پیچیده و پرهزینه در کنترل موقعیت و نیروی فک ها، حذف شده است. به منظور پیاده سازی طرح ارائه گردیده، جنس های متفاوتی برای ساخت میکروگریپر در شبیه سازی ها در نظر گرفته شدند. با توجه به تغییر شکل های بسیاری که در مکانیزم ارائه شده ایجاد می گردید، مواد پلیمری مناسب شناخته شدند. بعد از مرحله طراحی باید یک پروسه ساخت در ابعاد میکرونی که با جنس ارائه گردیده تطابق داشت، انتخاب می گردید. مهمترین مشکلی که در این زمینه وجود داشت وجود عیوبی بود که در حین پروسه ساخت در ماده ایجاد می گردید. برای رفع این عیوب پارامترهای مختلف پروسه ساخت بررسی اصلاح گردید تا میزان این عیوب تا حد زیادی کاهش پیدا نماید. به منظور صحه گذاری طرح ساخته شده، آزمایشهایی ترتیب داده شد تا میزان نیروی وارد به فک های میکروگریپر اندازه گیری گردد. نتیجه این آزمایشات از تطابق خوبی با تئوری برخوردار بود و از ثابت ماندن نیرو در طرح میکروگریپر با خطایی در حدود 10درصد کل نیروی وارده حکایت داشت.