29年前，中國(guó)首位上將院士提出：MEMS等微納技術(shù)對(duì)國(guó)家科技戰(zhàn)略發(fā)展很重要！最早倡導(dǎo)

在兩院院士中有不少“將軍院士”，不過(guò)“上將院士”并不多，目前也僅有兩位，丁衡高院士其中之一，也是我國(guó)首位“上將院士”。

丁衡高院士既是中國(guó)工程院首批院士之一，也是我國(guó)著名的慣性技術(shù)和精密儀器專(zhuān)家。作為我國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈慣性技術(shù)奠基人之一，他還是我國(guó)慣性技術(shù)學(xué)科發(fā)展的主要推動(dòng)者，也是國(guó)家微米納米技術(shù)的主要倡導(dǎo)人。

1995年，時(shí)任國(guó)防科工委主任、中國(guó)工程院院士、中國(guó)人民解放軍上將丁衡高在《中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)》、《儀器儀表學(xué)報(bào)》等期刊上，發(fā)表題為《面向21世紀(jì)的軍民兩用技術(shù)——微米/納米技術(shù)》的文章，這是最早倡導(dǎo)國(guó)家發(fā)展微米納米技術(shù)的內(nèi)容之一。丁衡高院士是國(guó)家微米納米技術(shù)倡導(dǎo)人，對(duì)推動(dòng)我國(guó)MEMS技術(shù)等微納技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)略制定，起到重要作用。

本文來(lái)自該內(nèi)容，主要介紹了微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、專(zhuān)用集成微型儀器、小型微型和“納米衛(wèi)星”、納米技術(shù)等應(yīng)用前景和當(dāng)時(shí)各國(guó)發(fā)展情況。文中指出，在80年代日本就每年投資1.5~2億美元發(fā)展MEMS，日本不邀請(qǐng)外國(guó)科研人員參與這項(xiàng)實(shí)際工作；美國(guó)將“微米級(jí)和納米級(jí)制造”寫(xiě)入《美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)》，并重視MEMS共性基礎(chǔ)的建設(shè)，以及教育與商業(yè)普及……

文中最后強(qiáng)調(diào)，以MEMS為主要應(yīng)用的微米/納米技術(shù)，是面向21世紀(jì)的重要的軍民兩用技術(shù)，它的出現(xiàn)無(wú)疑將深刻影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防科學(xué)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，所以是整個(gè)國(guó)家科技發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)研究的重要課題。

專(zhuān)家檔案 丁衡高，慣性技術(shù)和精密儀器專(zhuān)家，中國(guó)人民解放軍上將，中國(guó)工程院院士。1952年畢業(yè)于東南大學(xué)機(jī)械系（現(xiàn)機(jī)械工程學(xué)院）。歷任國(guó)防科工委主任，中國(guó)工程院主席團(tuán)成員，中國(guó)宇航學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)…等職位。丁衡高是我國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈慣性技術(shù)奠基人之一，我國(guó)慣性技術(shù)學(xué)科發(fā)展的主要推動(dòng)者，國(guó)家微米納米技術(shù)倡導(dǎo)人。長(zhǎng)期從事制導(dǎo)武器的陀螺儀、加速度計(jì)、慣性平臺(tái)系統(tǒng)等的研制工作。 ?

自微電子技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，人們不斷追求越來(lái)越小、越來(lái)越完善的微小尺度結(jié)構(gòu)的裝置，并對(duì)生物、環(huán)境控制、醫(yī)學(xué)、航空、航天、精確制導(dǎo)彈藥、靈巧武器、先進(jìn)情報(bào)傳感器以及數(shù)字通信等領(lǐng)域，不斷提出微小型化方面的更新更高的要求。

按照一種習(xí)慣的劃分，裝置尺度在 1（10 ? 3米）~10毫米范圍的稱(chēng)微小型（mini-）機(jī)械；在1微米（10 ? ?米）~1 毫米范圍的稱(chēng)微型（micro-）機(jī)械；在1納米（10 ? ?米，或10埃）~1微米范圍的稱(chēng)納米（nano-）機(jī)械。

用于制造上述尺度結(jié)構(gòu)的工具有兩類(lèi)：分子處理工具和批量加工工具。化學(xué)家和分子生物學(xué)家采用越來(lái)越精良的分子處理工具來(lái)制造和處理精細(xì)的分子結(jié)構(gòu)（如蛋白質(zhì)）。

借助于掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM）和原子力顯微鏡（atomicforce microscope，AFM），物理學(xué)家把化學(xué)和分子生物學(xué)的處理方法結(jié)合起來(lái)，開(kāi)辟了從專(zhuān)用集成電路（application specific integrated circuits，ASIC），到微型機(jī)電系統(tǒng)（microelectron-mechanical systems，MEMS），到專(zhuān)用集成微型儀器（application specific integrated microinstrument，ASIM），再到納米技術(shù)（nanotechnology）的開(kāi)發(fā)批量加工工具的技術(shù)。這一系列技術(shù)可以概括為微米納米技術(shù)（micro-/nanotechnology）。

當(dāng)前，微米/納米技術(shù)在國(guó)際上已初露頭角，它使人類(lèi)在改造自然方面進(jìn)入一個(gè)新的層次，即從微米層次深入到原子、分子級(jí)的納米層次。正像產(chǎn)業(yè)革命、抗菌素、核能以及微電子技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用所產(chǎn)生的巨大影響一樣，納米技術(shù)將開(kāi)發(fā)物質(zhì)潛在的信息和結(jié)構(gòu)潛力，使單位體積物質(zhì)儲(chǔ)存和處理信息的能力實(shí)現(xiàn)又一次飛躍，在信息、材料、生物、醫(yī)療等方面導(dǎo)致人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造世界能力的重大突破，從而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事能力帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

微米/納米技術(shù)作為本世紀(jì)出現(xiàn)的高技術(shù)，發(fā)展十分迅猛，并由此開(kāi)創(chuàng)了納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米制造學(xué)、納米顯微學(xué)及納米測(cè)量等等新的高技術(shù)群。如同當(dāng)代高新技術(shù)都往往具有軍民兩用性一樣，納米技術(shù)也是面向世紀(jì)的一項(xiàng)重要兩用技術(shù)，有著廣闊的軍民兩用前景。

微米納米技術(shù)民用和軍用方面已開(kāi)發(fā)出的一些成果和許多可能的應(yīng)用是吸引人的。美、日、西歐等國(guó)家均投入相當(dāng)?shù)娜肆拓?cái)力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。目前，微米納米技術(shù)在軍事應(yīng)用方面的工作主要集中在微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和專(zhuān)用集成微型儀器，對(duì)納米衛(wèi)星也進(jìn)行了論證和探索。這些都很值得我們重視。

1、微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）

在過(guò)去35年電子革命的過(guò)程中，微電子技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展使門(mén)電路的尺度不斷縮小，使得手持蜂窩式移動(dòng)電話、地球低軌道上重僅10公斤的電子新聞廣播系統(tǒng)，以及可以與70年代大型計(jì)算機(jī)相匹敵的個(gè)人計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。這一切以及90年代其他電子奇跡的關(guān)鍵，都在于靈活的批量加工工藝，它可以使數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的靈巧的微小型零部件能夠同時(shí)制造。數(shù)兆位的存儲(chǔ)器芯片、微處理器以及射頻分系統(tǒng)，已取代門(mén)電路成為主要的部件。

10年前，人們?cè)谝庾R(shí)到用半導(dǎo)體批量制造技術(shù)可以生產(chǎn)許多宏觀機(jī)械系統(tǒng)的微米尺度的樣機(jī)后，就在小型機(jī)械制造領(lǐng)域開(kāi)始了一場(chǎng)類(lèi)似的革命。這就導(dǎo)致了微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的出現(xiàn)，如微米尺度的壓力傳感器、加速度傳感器、化學(xué)傳感器和各種閥門(mén)等。

微米級(jí)制造包括尺寸小于1微米材料的制造和使用。微米級(jí)制造工藝包括光刻、刻蝕、淀積、外延生長(zhǎng)、擴(kuò)散、離子注入、測(cè)試、監(jiān)測(cè)及封裝。納米級(jí)結(jié)構(gòu)的尺寸范圍為10~100納米或更小。納米級(jí)制造包括微米級(jí)制造中的一些技術(shù)（如離子束光刻），但也包括為了利用材料的本質(zhì)特性以期獲得理想的結(jié)果而對(duì)材料進(jìn)行原子量級(jí)的修改及排列的技術(shù)。

1991年3月22日，美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)向美國(guó)總統(tǒng)提交了《美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告。其中，第8項(xiàng)為“微米級(jí)和納米級(jí)制造”。報(bào)告指出，“微米級(jí)和納米級(jí)制造涉及顯微量級(jí)（微米級(jí)制造）和原子量級(jí)（納米級(jí)制造）的材料及器件的制造和使用”；“對(duì)先進(jìn)的納米級(jí)技術(shù)的研究也可能導(dǎo)致納米級(jí)機(jī)械裝置及傳感器的生產(chǎn)”；“微米級(jí)和納米級(jí)技術(shù)的發(fā)展已使人們能開(kāi)發(fā)出一類(lèi)新的顯微量級(jí)尺寸的器件。這些器件能在諸如環(huán)境控制、醫(yī)學(xué)等不同的領(lǐng)域工作。它們的低成本及比現(xiàn)有器件高的靈敏度可能使許多領(lǐng)域會(huì)有突破”。

美國(guó)發(fā)展微型機(jī)電系統(tǒng)關(guān)鍵性的研究中心基本上都分布在各個(gè)大學(xué)，如康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、密執(zhí)安大學(xué)及威斯康星大學(xué)等。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局重視并積極贊助MEMS的國(guó)防應(yīng)用，現(xiàn)已建立了一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線來(lái)促進(jìn)新型裝置的迅速開(kāi)發(fā)和小批量生產(chǎn)。

加州大學(xué)伯克利分校和美國(guó)其他研究所，已在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上用微米加工方法制作出微小齒輪和微型電機(jī)。日本和德國(guó)也在積極推進(jìn)微型機(jī)械加工技術(shù)。德國(guó)還研制出一種稱(chēng)之為L(zhǎng)IGA的微結(jié)構(gòu)成形工藝。利用LIGA工藝的微型產(chǎn)品大大改善了MEMS的現(xiàn)狀，使MEMS向?qū)嵱没绯隽艘淮蟛健?/p>

目前，MEMS已從實(shí)驗(yàn)室探索走向工業(yè)應(yīng)用，并正在迅速發(fā)展。已研制成一些引人注目的器件，其中許多幾乎是肉眼看不見(jiàn)的，這些新型器件包括回轉(zhuǎn)式電機(jī)、線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加速度計(jì)、諧振器、傳動(dòng)裝置、操縱桿之類(lèi)的工具以及其他各式各樣的部件。

迄今為止，傳感器已經(jīng)表明極具商業(yè)應(yīng)用的希望，可用于加速度計(jì)，慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，化學(xué)傳感器等。

在80年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就注重發(fā)展MEMS。據(jù)介紹，日本每年投資1.5~2億美元用于發(fā)展這一技術(shù)。在這方面，美國(guó)也不甘落后，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）制定了一項(xiàng)將MEMS技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入軍事應(yīng)用的三年計(jì)劃，并撥出2400萬(wàn)美元支持這一計(jì)劃。

據(jù)文獻(xiàn)提供的信息，美國(guó)Draper實(shí)驗(yàn)室在1991年研制出一種慣性測(cè)量元件（IMU）樣機(jī)，尺度為2厘米 X 2厘米 X 0.5厘米，重5克，陀螺漂移誤差為10度/小時(shí)或更小。Draper實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前的努力目標(biāo)是：1~10度/小時(shí)，并瞄準(zhǔn)0.5度/小時(shí)的新目標(biāo)。專(zhuān)家們深信還可以達(dá)到0.1~0.01度/小時(shí)的精度。重約10克，精度1度/小時(shí)，價(jià)格10美元的慣性測(cè)量元件將會(huì)有巨大的商業(yè)市場(chǎng)。

2、專(zhuān)用集成微型儀器（ASIM）

“微米/納米技術(shù)”一詞的含義，包括了從亞毫米到亞微米范圍內(nèi)的材料、工藝和裝置的綜合集成。微米技術(shù)專(zhuān)家已成功應(yīng)用的芯片制造技術(shù)——這是近幾十年來(lái)實(shí)現(xiàn)微小型化的主要途徑——在“納米”技術(shù)的開(kāi)發(fā)中起著重要的支持作用。

微米/納米技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用便是微型工程（microengineering）。微型工程包括具有毫米、微米、納米尺度結(jié)構(gòu)的傳感器和作動(dòng)器的設(shè)計(jì)、材料合成、微型機(jī)械加工、裝配、總成和封裝問(wèn)題。利用這項(xiàng)技術(shù)可以把傳感器、作動(dòng)器以及信號(hào)和數(shù)據(jù)處理裝置集成在一塊普通的基片上。

微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）與微電子技術(shù)的綜合集成，導(dǎo)致了專(zhuān)用集成微型儀器（ASIM）概念的出現(xiàn)。ASIM的制造，是從半導(dǎo)體工藝即專(zhuān)用集成電路（ASIC）技術(shù)和MEMS技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。具有亞微米特點(diǎn)的專(zhuān)用集成微型儀器會(huì)使亞毫米器件降低研制與試驗(yàn)費(fèi)用、縮小體積、減輕重量，同時(shí)還可以降低對(duì)電源和溫控的要求，降低對(duì)振動(dòng)的敏感性和通過(guò)冗余提高可靠性。

同ASIC一樣，ASIM可以用微電子工藝技術(shù)的方法批量制造。但是ASIM比ASIC更為復(fù)雜，因?yàn)樗扔泄潭ǖ牟考钟谢顒?dòng)的部件，而且采用諸如生物或化學(xué)活化劑之類(lèi)的特殊材料。確切地說(shuō)，ASIM是一種高水平的微型器件。這種器件把幾種微機(jī)電系統(tǒng)組裝在一塊硅基片上，或者說(shuō)就如同一個(gè)有許多基片模塊的組件，這就是一個(gè)高度復(fù)雜的分系統(tǒng)。

目前正開(kāi)發(fā)中的的原型已可以探測(cè)出局部地區(qū)和遙遠(yuǎn)地區(qū)的環(huán)境。信息可以通過(guò)基片上的通信系統(tǒng)傳送到相鄰的微型儀器，或傳送到中央處理機(jī)。

ASIM將代替現(xiàn)有航天器和各級(jí)運(yùn)載火箭上目前使用的分系統(tǒng)，然后再發(fā)展成為獨(dú)特的空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。ASIM將在航天器和航天系統(tǒng)技術(shù)方面引起一場(chǎng)革命，出現(xiàn)超小型衛(wèi)星系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)“納米衛(wèi)星”。

ASIM現(xiàn)已進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，如壓力傳感器、（汽車(chē)）氣袋控制器。美國(guó)航宇局已著手實(shí)施一項(xiàng)低費(fèi)用（不足1億美元）的“發(fā)現(xiàn)號(hào)”微型衛(wèi)星計(jì)劃?；羝战鹚勾髮W(xué)、洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和過(guò)去從事“戰(zhàn)略防御計(jì)劃”（SDI）的一些部門(mén)也正積極考慮小型衛(wèi)星的研制任務(wù)。

鑒于許多商業(yè)應(yīng)用的需要，微型機(jī)電系統(tǒng)和專(zhuān)用集成微型儀器標(biāo)準(zhǔn)加工工藝線正在發(fā)展，它可用以生產(chǎn)可靠、低成本的航天系統(tǒng)用的專(zhuān)用集成微型儀器。

3、小型、微型和“納米衛(wèi)星”

專(zhuān)用集成微型儀器技術(shù)能應(yīng)用于小型衛(wèi)星的一些單個(gè)功能部件，導(dǎo)致各種超小型衛(wèi)星分系統(tǒng)的出現(xiàn)。下一步就是不可避免的在航天系統(tǒng)中使用專(zhuān)用集成微型儀器。預(yù)計(jì)在5~10年內(nèi)能得到適合于航天應(yīng)用的MEMS。

于是，就有了小型、微型和“納米衛(wèi)星”的概念。

小型衛(wèi)星（minisatellite）：能用小型運(yùn)載火箭發(fā)射的常規(guī)設(shè)計(jì)的航天器；重量范圍約為10~500公斤。

微型衛(wèi)星（microsatellite）：在所有的系統(tǒng)和分系統(tǒng)中全部體現(xiàn)微型制造技術(shù)成果并能執(zhí)行衛(wèi)星應(yīng)有的功能；重量范圍約為0.1~10公斤。

“納米衛(wèi)星”（nanasatellite），依靠一種分布式的體系結(jié)構(gòu)完成自身功能，并將尺度減至最小可能的微型衛(wèi)星。重量范圍約小于0.1公斤。以硅或其他半導(dǎo)體為襯底的專(zhuān)用集成微型儀器，能應(yīng)用于制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制、姿態(tài)控制、熱控制、推進(jìn)、能源和通信等航天器系統(tǒng)。

美國(guó)一些公司已在研究在芯片上制造衛(wèi)星的方案，并得到了宇航局“小企業(yè)創(chuàng)新研究”合同的支持。

“納米衛(wèi)星”代表了衛(wèi)星發(fā)展、構(gòu)型和運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)的一種新模式。當(dāng)某種設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證之后，使用單一半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)工藝線就可制造出成批的復(fù)制品。這就使得低成本地研制和試驗(yàn)新衛(wèi)星，低成本地制造衛(wèi)星，以及增加可靠性和靈活性成為可能。相比之下，常規(guī)衛(wèi)星由成百上千個(gè)分立部件組裝而成，而這些部件又是由許多制造點(diǎn)生產(chǎn)的。

“納米衛(wèi)星”概念的出現(xiàn)，使分布式航天體系結(jié)構(gòu)成為可能。這種體系結(jié)構(gòu)相對(duì)免除了單個(gè)航天器失效的影響，這將導(dǎo)致增加未來(lái)航天系統(tǒng)的生存力和靈活性。

一種簡(jiǎn)單的“納米衛(wèi)星”可以由外表面帶有太陽(yáng)能電池和天線的、在硅基片上堆砌的專(zhuān)用集成微型儀器組成。“納米衛(wèi)星”也代表了衛(wèi)星利用方式轉(zhuǎn)變的一個(gè)范例。

“納米衛(wèi)星”最好的應(yīng)用是布設(shè)成局部星團(tuán)和分布式星座。如果在太陽(yáng)同步軌道施放“納米衛(wèi)星”，在18個(gè)等間隔的軌道面上，每個(gè)軌道面上等間隔施放36顆“納米衛(wèi)星”，一共648顆這樣的衛(wèi)星就可以保證在任何時(shí)刻，對(duì)地球上任何一點(diǎn)的連續(xù)覆蓋?！凹{米衛(wèi)星”可以大批量生產(chǎn)，成本效益比一般的衛(wèi)星好得多，從而保證同時(shí)使用幾百顆衛(wèi)星。設(shè)想“納米衛(wèi)星”可用于低地球軌道通信和地球觀測(cè)。

把微米/納米技術(shù)引入航天系統(tǒng)，需要材料、微電子制造、三維微型機(jī)械加工以及各種特殊的航天器分系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、溫度、導(dǎo)航、動(dòng)力、通信）等不同領(lǐng)域?qū)＜业拿芮泻献鳌?/p>

4、 納米技術(shù)

計(jì)算機(jī)工業(yè)一直不斷地追求超高集成度的芯片。當(dāng)芯片線寬尺度進(jìn)一步縮小時(shí)，在某個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也許是150~100納米處，也許是在更小的尺寸上，因量子力學(xué)效應(yīng)的增強(qiáng)，將會(huì)遇到很大困難。但是，科學(xué)家仍然為克服這種困難，在不斷地探索，繼續(xù)把這門(mén)先進(jìn)的新技術(shù)推向前進(jìn)。

納米技術(shù)的實(shí)質(zhì)在于，多少年來(lái)人們?cè)诓粩嘧龀鲈絹?lái)越小的裝置，直到趨近分子尺度。達(dá)到這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，人們不再能把裝置做得更小了，除非他們從分子開(kāi)始，即在裝配器中對(duì)分子進(jìn)行裝配。

根據(jù)分子工程（molecular engineering）的概念，人們現(xiàn)在可以按照需要對(duì)物質(zhì)從分子水平上構(gòu)筑；分子工程有理論，即量子力學(xué)；也有分析計(jì)算的手段，即基于概率論的多座標(biāo)復(fù)雜偏微分方程計(jì)算機(jī)求解方法；還有可視化的研究工具：體現(xiàn)“靈境”（virtual reality）的仿真。

數(shù)字電子技術(shù)的基本特征，是以完美的控制和離散方式快速處理信息，從而產(chǎn)生信息革命。信息革命的核心是信息屬性勞動(dòng)資料的創(chuàng)造，如能處理任何離散形式信息的可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)。

今天，又出現(xiàn)了納米技術(shù)。納米技術(shù)的核心是裝配分子，或者說(shuō)，按人們的意志直接操縱單個(gè)原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)，制造具有特定功能的產(chǎn)品。持樂(lè)觀態(tài)度的科學(xué)家，如斯坦福大學(xué)的K.Eric Drexler曾預(yù)測(cè)，在2010年到2020年間，可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)原子存儲(chǔ)一位計(jì)算機(jī)信息。

據(jù)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，日本日立公司1993年12月份宣布，已制成在室溫下工作的單電子存儲(chǔ)芯片，而且是一種非丟失性存儲(chǔ)器。和現(xiàn)有的存儲(chǔ)芯片相比，同樣存儲(chǔ)1比特信息，新存儲(chǔ)器的功耗只是前者的百萬(wàn)分之一，面積為前者的萬(wàn)分之一。

納米技術(shù)革命的基本特征，是以完美的控制和離散方式（原子和分子）快速排布原子的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生物質(zhì)處理技術(shù)的革命。納米技術(shù)革命本質(zhì)上是更深層次的信息革命。

采用分子器件制作的全新的“納米計(jì)算機(jī)”其數(shù)字邏輯圖象可以建立在比90年代計(jì)算機(jī)小得多的尺度基礎(chǔ)上，而且速度更快，效率更高。如果說(shuō)，90年代計(jì)算機(jī)芯片的大小有如一幅巨大的風(fēng)景畫(huà)，那么納米計(jì)算機(jī)就像畫(huà)中的單個(gè)建筑物。

5、微米/納米技術(shù)具有鮮明的軍民兩用性和前沿性

微米/納米技術(shù)作為面向世紀(jì)重要的軍民兩用技術(shù)，將深刻影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。美、英、日等國(guó)高度重視發(fā)展微米/納米技術(shù)。美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃把“微米級(jí)和納米級(jí)制造”列為“在經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全兩方面都是至關(guān)重要的技術(shù)”。美國(guó)國(guó)家基金會(huì)把微米/納米技術(shù)列為優(yōu)先支持的項(xiàng)目。

1993年美國(guó)航宇公司組織了20余位航天、電子等領(lǐng)域的專(zhuān)家，對(duì)微米/納米技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的討論，并發(fā)表了《革命性低成本航天系統(tǒng)“納米衛(wèi)星”的概念》文集。

前面已經(jīng)介紹的美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）制訂的MEMS發(fā)展計(jì)劃，一直在采用與制造微電子器件相同的工藝和材料，充分發(fā)揮小型化、多元件和集成微電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)和制造新型機(jī)電裝置。ARPA正在以下方面推進(jìn)的發(fā)展與應(yīng)用：

個(gè)人導(dǎo)航所需的小型慣性測(cè)量裝置，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，小型分析儀器，非侵入式醫(yī)療傳感器，光纖網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)，以及環(huán)境與安全監(jiān)視用的分布式自動(dòng)傳感器等。

ARPA支持開(kāi)發(fā)了一種運(yùn)動(dòng)探測(cè)部件，它是具有一定靈敏度和穩(wěn)定性的個(gè)人慣性定位裝置所必需的。擴(kuò)充現(xiàn)有的系統(tǒng)，以MEMS為基礎(chǔ)的慣性跟蹤器可以提供個(gè)人定位信息。ARPA的另一個(gè)項(xiàng)目已演示了一種以MEMS為基礎(chǔ)制造的加速度計(jì)，能承受火炮發(fā)射炮彈所產(chǎn)生的近10?g的加速度。

有了這種加速度計(jì)，就可以為目前的非制導(dǎo)彈藥提供一種經(jīng)濟(jì)的制導(dǎo)系統(tǒng)，從而使這種武器減少了采購(gòu)和后勤維護(hù)費(fèi)用。ARPA還支持對(duì)國(guó)內(nèi)商業(yè)和學(xué)術(shù)研究用戶(hù)建立定期的、共享的MEMS制造服務(wù)。這種服務(wù)可以讓幾百個(gè)研究和工業(yè)用戶(hù)節(jié)省費(fèi)用和快速制造裝置。

主要的民用領(lǐng)域是醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)和航空航天。例如，將來(lái)可制造出靜電驅(qū)動(dòng)的微型電機(jī)，用來(lái)控制計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)。在環(huán)境、醫(yī)學(xué)及機(jī)構(gòu)應(yīng)用中，微型傳感器可用來(lái)測(cè)量各種化學(xué)物質(zhì)的流量、壓力及濃度，美國(guó)現(xiàn)已研制出可進(jìn)入人體直腸的MEMS。

MEMS技術(shù)的發(fā)展激勵(lì)著人們尋求MEMS在軍事技術(shù)中的應(yīng)用，包括現(xiàn)實(shí)的和富于幻想的軍事應(yīng)用。在美國(guó)國(guó)防部、空軍和陸軍的贊助下，RAND公司在1993年完成了《微型機(jī)電系統(tǒng)的軍事應(yīng)用》研究報(bào)告，探索了微型機(jī)電系統(tǒng)的潛在軍事應(yīng)用。報(bào)告設(shè)想的微型機(jī)電系統(tǒng)的軍事應(yīng)用是：

有害化學(xué)戰(zhàn)劑報(bào)警傳感器在特定的微機(jī)電系統(tǒng)上加一塊計(jì)算機(jī)芯片（售價(jià)20美元），就可以構(gòu)成袖珍式質(zhì)譜儀，在化學(xué)戰(zhàn)環(huán)境中用來(lái)檢測(cè)氣體。目前使用的質(zhì)譜儀，一臺(tái)的價(jià)值為17000美元，重68公斤以上。

敵我識(shí)別 目前的敵我識(shí)別系統(tǒng)是采用反射帶、有源信標(biāo)或應(yīng)答器，這些設(shè)備很容易被偵聽(tīng)或截獲。而微型機(jī)電系統(tǒng)則散布于飛機(jī)蒙皮上，或車(chē)輛的外表面，能以較低的功率自動(dòng)對(duì)詢(xún)問(wèn)信號(hào)作出回答。

靈巧蒙皮 利用微機(jī)電系統(tǒng)可以做成具有可程序控制乃至動(dòng)態(tài)可調(diào)特性的材料。例如，可以制作靈巧的潛艇蒙皮，它能立刻確定當(dāng)時(shí)的速度并且命令中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行精密操縱調(diào)整，從而將噪聲減至最小。

分布式戰(zhàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò) 用無(wú)人駕駛飛機(jī)將微機(jī)電系統(tǒng)探測(cè)器散布在戰(zhàn)場(chǎng)的廣闊地域，同時(shí)確定每個(gè)探測(cè)器的位置并進(jìn)行詢(xún)問(wèn)，把各個(gè)探測(cè)器給出的編碼數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，將結(jié)果傳送給作戰(zhàn)指揮官。應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)使探測(cè)器和靈巧武器掌握敵方目標(biāo)的方位和特征，并能接收遠(yuǎn)處指揮官的指令。這種微機(jī)電探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)敵坦克和步兵構(gòu)成威脅。

微機(jī)器人電子失能系統(tǒng) 微機(jī)器人電子失能系統(tǒng)相當(dāng)靈活，能以相當(dāng)精確的方式布設(shè)，它能“感覺(jué)”敵方電子系統(tǒng)的位置，進(jìn)而滲進(jìn)該系統(tǒng)，使之喪失功能。

昆蟲(chóng)平臺(tái) 將微機(jī)器人電子失能系統(tǒng)預(yù)先植入昆蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)，控制它們飛向敵方目標(biāo)搜索情報(bào)，也可以利用這些昆蟲(chóng)使目標(biāo)喪失功能或殺傷士兵。

50年代末，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者R.Feynman曾指出“如果有一天可以按人們的意志安排一個(gè)個(gè)原子，那將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡？”今天，科學(xué)家已實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的操縱，不僅有可能創(chuàng)造先進(jìn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)，而且利用納米材料的性能可以實(shí)現(xiàn)具有特殊功能的儀器。

雖然制造具有特定功能的產(chǎn)品尚待時(shí)日，但開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景十分誘人，國(guó)際性的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)展開(kāi)。

日本認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)在商業(yè)、軍事和醫(yī)學(xué)方面和長(zhǎng)遠(yuǎn)潛力，已建成第一個(gè)分子裝配器。這個(gè)國(guó)家不邀請(qǐng)外國(guó)科研人員參與這項(xiàng)實(shí)際工作。歐洲有關(guān)納米技術(shù)的一項(xiàng)計(jì)劃已在法國(guó)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始起步。為了保持歐洲的競(jìng)爭(zhēng)能力，這項(xiàng)計(jì)劃同樣是保密的。

日本的第二代分子裝配器已開(kāi)始產(chǎn)出少量的分子裝置。商業(yè)上可用的產(chǎn)品樣品己有傳感器、分子電子裝置和科學(xué)儀器。已有一項(xiàng)長(zhǎng)期計(jì)劃的藍(lán)圖，目的是使未來(lái)羽毛豐滿的分子制造能以相當(dāng)?shù)偷膬r(jià)格用普通材料做出任何產(chǎn)品。

分子制造所具有的明顯的軍事潛力，刺激了軍事興趣，因而刺激了秘密的研究與發(fā)展計(jì)劃。美國(guó)開(kāi)發(fā)微米/納米技術(shù)的經(jīng)費(fèi)中有一半左右來(lái)自國(guó)防部系統(tǒng)。戰(zhàn)略家們?cè)谒麄兊念^腦里、雜志中和計(jì)算機(jī)上，針對(duì)納米技術(shù)對(duì)國(guó)家安全的影響進(jìn)行作戰(zhàn)模擬（wargame）。他們關(guān)注分子制造及其潛在產(chǎn)品的軍事影響，認(rèn)為有許多理由來(lái)推動(dòng)納米技術(shù)保密的軍事應(yīng)用研究計(jì)劃。

微米/納米技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，是面向21世紀(jì)的重要的軍民兩用技術(shù)，它的出現(xiàn)無(wú)疑將深刻影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防科學(xué)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，所以是整個(gè)國(guó)家科技發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)研究的重要課題。

審核編輯 黃宇