home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1990s / Time_Almanac_1990s_SoftKey_1994.iso / time / 112089 / 11208900.077 < prev    next >
Text File  |  1994-03-25  |  10KB  |  206 lines

  1. <text id=89TT3077>
  2. <title>
  3. Nov. 20, 1989: The Incredible Shrinking Machine
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1989               
  7. Nov. 20, 1989  Freedom!                              
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. TECHNOLOGY, Page 108
  13. The Incredible Shrinking Machine
  14. </hdr><body>
  15. <p>Breakthroughs in miniaturization could lead to robots the size
  16. of a flea
  17. </p>
  18. <p>By Philip Elmer-Dewitt
  19. </p>
  20. <p>    To the naked eye, the object mounted on a postage
  21. stamp-size wafer and held aloft by a pair of tweezers is all but
  22. invisible. Even under a bright light, it looks like nothing more
  23. than a speck of dust. But magnified 160 times in an electron
  24. microscope, the speck begins to take on shape and function: a
  25. tiny gear with teeth the size of blood cells. "You have to be
  26. careful when handling these things," warns Kaigham Gabriel, an
  27. engineer at AT&T Bell Laboratories. "I've accidentally inhaled
  28. a few right into my lungs."
  29. </p>
  30. <p>    The miniaturization of technology, having made
  31. extraordinary progress in the 40 years since the invention of
  32. the transistor, is about to make another shrinking leap.
  33. Adapting the chipmaking equipment used to squeeze millions of
  34. electrical circuits onto slivers of silicon, researchers are
  35. creating a lilliputian tool chest of tiny moving parts: valves,
  36. gears, springs, levers, lenses and ball bearings. One team at
  37. the University of California, Berkeley, has already built a
  38. silicon motor not much wider than an eyelash that can rotate 500
  39. times a minute.
  40. </p>
  41. <p>    Welcome to the world of microtechnology, where machines the
  42. size of sand grains are harnessed to do useful work. Huge
  43. numbers of microscopic sensors are already employed to measure
  44. the temperature, air pressure and acceleration of airplanes and
  45. automobiles. Delco Electronics alone sells 7 million silicon
  46. pressure sensors a year to its parent company, General Motors,
  47. for use in power-train controls and diagnostics. But scientists
  48. at Berkeley, Stanford, M.I.T., AT&T, IBM and a handful of other
  49. research centers around the world see much broader
  50. possibilities for minuscule machines. They envision armies of
  51. gnat-size robots exploring space, performing surgery inside the
  52. human body or possibly building skyscrapers one atom at a time.
  53. "Microelectronics is on the verge of a second revolution," says
  54. Jeffrey Lang, a professor of electromechanics at M.I.T. "We're
  55. still dreaming of applications."
  56. </p>
  57. <p>    A report to the U.S. National Science Foundation last year
  58. listed dozens of near-term uses for the new micromachines.
  59. Among them:
  60. </p>
  61. <p> -- Tiny scissors or miniature electric buzz saws to assist
  62. doctors performing microsurgery.
  63. </p>
  64. <p> -- Micro-optical systems to focus lasers to the precision
  65. required for fiber-optic communication.
  66. </p>
  67. <p> -- Miniature machine parts that could drive a new generation
  68. of tiny tape recorders, camcorders and computers.
  69. </p>
  70. <p>    Engineers and industrialists are rushing to put the new
  71. technologies to use. M.I.T. has invested $20 million in a new
  72. fabrication facility for micromachining and microelectronics.
  73. Japan's Ministry of International Trade and Industry is
  74. considering allocating nearly $70 million for the development
  75. of medical microrobots. "I'm absolutely amazed at how fast this
  76. field has progressed," says George Hazelrigg, a program director
  77. at the NSF, the Government agency spearheading the U.S.'s
  78. micromechanics effort.
  79. </p>
  80. <p>    Human interest in tiny machines dates back to the clockwork
  81. toys of the 16th century. But it was not until this century
  82. that making things smaller became a matter of military and
  83. economic survival. Spurred by the cold war and the space race,
  84. U.S. scientists in the late 1950s began a drive to shrink the
  85. electronics necessary to guide missiles, creating lightweight
  86. devices for easy launch into space. It was the Japanese,
  87. though, who saw the value of applying miniature technology to
  88. the consumer market. In his book Made in Japan, Akio Morita
  89. tells how he proudly showed Sony's $29.95 transistor radio to
  90. U.S. retailers in 1955 and was repeatedly asked, as he made the
  91. rounds of New York City's electronics outlets, "Who needs these
  92. tiny things?"
  93. </p>
  94. <p>    American manufacturers eventually learned what the Japanese
  95. already knew: that new markets can be created by making things
  96. smaller and lighter. (The popular phrase in Japan is
  97. kei-haku-tan-sho -- light, thin, short and small.) Ten years
  98. ago, Black & Decker scored big when it shrank the household
  99. vacuum cleaner from a bulky 11.2 kg (30 lbs.) to a 0.75-kg
  100. (2-lb.) device dubbed the Dustbuster. Tandy and Apple Computers
  101. put the power of a room-size computer into something resembling
  102. a television-typewriter and created an industry worth $75
  103. billion a year.
  104. </p>
  105. <p>    Now these breakthrough products look hopelessly oversize.
  106. Last month Compaq unveiled a 2.2-kg (6-lb.) full-powered
  107. portable computer that fits in a briefcase. Sharp and Poqet make
  108. even smaller models that slip into a suit pocket. Today there
  109. are fax machines, radar detectors, electronic dictionaries,
  110. cellular telephones, color televisions, even videotape recorders
  111. that fit comfortably in the palm of a hand.
  112. </p>
  113. <p>    With the advent of silicon gears, springs and cantilevers,
  114. machines will become smaller still. These miniature moving
  115. parts can be etched on silicon using a variation on the
  116. photolithographic technique used to make computer chips. To
  117. build a tiny rotating arm, for example, layers of polysilicon
  118. and a type of glass that can be removed with acid are deposited
  119. on a silicon base. A hole for the hub is lined with the glass
  120. and then filled with polysilicon. When the glass is etched away,
  121. the hub remains and the arm is free to spin around its axis.
  122. </p>
  123. <p>    Sensors like those made by Delco were the first to combine
  124. microelectronics and micromachines on one chip. The typical
  125. microsensor is a thin silicon diaphragm studded with resistors.
  126. Because the electrical resistance of silicon crystals changes
  127. when they are bent, the slightest stress on the diaphragm can
  128. be registered by the resistors and amplified by electronic
  129. circuits.
  130. </p>
  131. <p>    As prices drop, these devices will become ubiquitous. By
  132. 1995 the typical car may contain as many as 50 silicon sensors
  133. programmed to control antilock brakes, monitor engine knock and
  134. trigger the release of safety air bags. Similar sensors are
  135. already employed in the space shuttle Discovery to measure cabin
  136. and hydraulic pressures and gauge performance at more than 250
  137. separate points in the craft's main engines.
  138. </p>
  139. <p>    Medical applications are also being rapidly developed.
  140. Researchers at Maryland's Johns Hopkins have made a pill
  141. slightly larger than a daily vitamin supplement that has a
  142. silicon thermometer and the electronics necessary to broadcast
  143. instant temperature readings to a recording device. By having
  144. a patient swallow the pill, doctors can pinpoint worrisome hot
  145. spots anywhere within the digestive tract. Future "smart pills"
  146. may transmit information about heart rates, stomach acidity or
  147. neural functions. Says Russell Eberhart, program manager at
  148. Johns Hopkins' Applied Physics Laboratory: "This could change
  149. the way we diagnose and monitor patients."
  150. </p>
  151. <p>    Researchers at Tokyo University are pursuing an even more
  152. ambitious goal. Working under Iwao Fujimasa, an
  153. artificial-heart specialist, a team of 20 scientists is building
  154. a robot less than 1 mm (0.045 in.) in diameter that could travel
  155. through veins and inside organs, locating and treating diseased
  156. tissue. The group hopes to build a prototype within three years
  157. for testing on a horse, but the researchers first must obtain
  158. gears, screws and other parts 1,000 times smaller than the
  159. tiniest available today.
  160. </p>
  161. <p>    The ultimate fantasy of the miniaturists is tiny robot
  162. "assemblers" that could operate at the atomic level, building
  163. finished goods one molecule at a time. This is the far-reaching
  164. goal of an embryonic discipline called nanotechnology, so named
  165. because it would require manipulating objects measured in
  166. billionths of a meter (nanometers). In Engines of Creation, the
  167. nanotechnologist's bible, K. Eric Drexler envisions a world in
  168. which everything from locomotives to cheeseburgers is assembled
  169. from molecular raw materials, much as proteins are created from
  170. their amino-acid building blocks by the machinery of a living
  171. cell.
  172. </p>
  173. <p>    Working with microscopic machines presents special
  174. challenges to scientists. Not only do they risk inhaling their
  175. tools or scattering them with a sneeze, but they also have to
  176. cope with a new set of physical laws. The problem of friction,
  177. for instance, looms ever larger as parts get smaller. The
  178. tiniest dust speck can seem like a boulder. Rotating a
  179. hair-width dynamo through air molecules, says AT&T's Gabriel,
  180. "is like trying to spin gears in molasses."
  181. </p>
  182. <p>    But the payoff can be enormous. As electronics
  183. manufacturers have discovered, the laws of economics at the
  184. micro level are as different as the laws of physics. A
  185. manufacturer might spend a small fortune putting hundreds of
  186. moving parts and circuits onto a single silicon chip. But when
  187. that chip goes into large-scale production and millions of
  188. copies are made, the economies of scale take over, and
  189. development costs virtually disappear.
  190. </p>
  191. <p>    Unfortunately, there is a limit to how many transistors can
  192. be squeezed onto the surface of a chip. Thus the attraction of
  193. micromachines. They give engineers a way to shrink the moving
  194. parts of a device rather than trying to shrink its computer
  195. controls further. Some experts believe that within the next 25
  196. years micromachinery will do for machines what microelectronics
  197. did for electronics. Given the progress over the past
  198. quarter-century, that is saying a lot.
  199. </p>
  200. <p>--Scott Brown/San Francisco and Thomas McCarroll/New York
  201. </p>
  202.  
  203. </body></article>
  204. </text>
  205.  
  206.