CN1636169A - 用于自复制制造平台的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能实现非生物自复制制造系统(SRMS)的系统和方法。一优选实施例提供了一种SRMS，其能实现装配平台的复制。在一优选实施例中，通过设置一个或多个装配平台，而采用定位装配来构建相同的装配平台。此外，在一最佳实施例中，装配平台是小尺度的装置，它们可对用于构建相同装配平台的小尺度部件进行处理，其中的小尺度部件例如为微米尺度、纳米尺度、甚至是分子尺度上的部件。SRMS的一优选实施例执行面对面的装配。例如，在一第一表面A(例如为晶片)上的装配平台在另一表面B(例如为晶片)上构建出一个相同的装配平台。SRMS最好被设计成这样：使得装配平台的构建能高效地进行。例如，该构建过程可以按照往复模式在两表面之间执行，或者可以在两表面之间并行地执行。最为优选的是：装配平台按照指数规律进行复制。一优选实施例中的SRMS被设计成能实现装配平台的多代生长，在该实施例中，第一代装配平台能装配出第二代装配平台(即后代装配平台)。之后，该后代装配平台能装配出更后一代的装配平台，如此类推。可以理解：各代装配平台可以是完全相同的，或者有某一代装配平台与其它代装配平台是不同的。

Description

用于自复制制造平台的方法和系统
本申请与下列美国专利申请是同时提交的，本申请人也是下列申请的受让人，这些申请包括：名称为“用于联接微型元件的系统及方法”的申请，该申请的序列号为[代理人备案号：第50767-P003US-10004282]；名称为“与微型元件配套使用的夹钳及互补手柄”，该申请的序列号为[代理人备案号：第50767-P004US-10006225]；以及名称为“与微型元件配套使用的带状电缆及电路连接器”，该申请的序列号为[代理人备案号：第50767-P007US-10009057]。这些申请所公开的内容也结合到本文中作为参考资料。
技术领域
本发明在总体上涉及制造技术，尤其是涉及一种非生物自复制制造系统。
背景技术
人们已经认识到：现有技术中存在着对非生物自复制制造系统的需求。制造系统通常被用来生产(或是制造)多种类型的非生物物品，这些物品包括(但并不限于此)：商品(例如汽车、衣物、生活用品、计算机元件等等)、工业品(例如用在工厂中的零部件)、甚至是信息(例如由计算机系统产生的数据)。人们已经对现有技术中的这些非生物制造系统作了很多的努力和改进，目的在于以省时、经济的方式高效地制造出最终产品。现有技术中，制造领域内所取得进展的一个较为简单的事例是亨利·福特在20世纪早期创造的、能省时、低成本地大批量制造汽车的生产线。当然，目前在制造领域内已取得了很多其它的进步，目的在于进一步提高各种制造系统的时间性和经济效益。
在已取得了很多可提高制造系统最终产品生产能力的进展的同时，也存在要促进制造系统本身发展的需求。例如，人们已经意识到需要改善在研制(或制造)一个制造系统过程中所涉及的时间性和成本效益。例如，一个工厂可能要建设一条或多条生产线，以使得工厂能大批量地制造汽车。但是，也存在以省时、经济的方式建造出该工厂自身(其具有多条生产线)的需求。在现有技术中，理论学家很早就认识到需要一种非生物的自复制制造系统。这样的自复制系统首先是实现了制造系统的高效复制，从而可造出另外的相同制造系统。之后，这些制造系统都可以进行工作而生产出最终产品。结果就是，提高了制造一制造系统及最终产品的省时性和经济性。
作为这种自复制理论的主要示例，再一次考虑上述汽车制造厂的例子，该工厂具有多条生产线。如果该工厂属于自复制制造系统，则该工厂自身就能生产出另一个相同的工厂(即自复制)，且这两个工厂可平行工作，而制造最终产品(例如汽车)。当然，该自复制理论不仅可被应用在最高层次的制造系统(例如工厂本身)上，而且可应用在一制造系统中任何层次上的分系统中(例如该工厂内的任何制造系统)。例如，如果工厂内的某条生产线被设计成了自复制生产线，则该生产线就能自我复制，而有效地产生出理想数目的同类生产线，从而在该工厂中发挥作用。
自复制不但对于大规模制造系统(例如工厂)是一个很理想的概念，而且小规模的制造系统也希望实现这样的自复制。纳米技术领域尤其需要这种非生物自复制制造系统。也就是说，如果最终产品需要进行微米级装配或纳米级装配，则制造系统就尤其需要成为这种非生物自复制制造系统。例如，由于在纳米技术领域的制造过程一般是非常复杂和耗时的，所以在这一领域非常希望能有一非生物自复制制造系统。在过去的几十年中，人们已经提出了很多理论来实现各种规模的自复制制造系统，这些系统的规模从非常庞大的制造系统(例如可参见由美国国家航空和宇航局[NASA]和美国工程教育协会[ASEE]提出的月球工厂，下文将对此进行描述)到制造分子级别上最终产品的制造系统(例如可参见下文描述的Drexler装配器)。
宇宙空间开发领域提出的自复制制造系统的一个事例是由NASA和ASEE在1980年提出的自复制月球工厂(可参见在弗吉尼亚州斯普林菲尔德市出版的NASA论文集2255中、由美国国家技术情报局以及美国商业部的Robert A.Freitas，Jr.和William P.Gilbreath编著的“航天任务的高级自动化”一文，N83-15348)。该提案描述了一种非常复杂的自复制系统，该系统被设计成可在一个相对无人管理的环境中(即在月球表面上)进行自复制。更具体来讲，所形成的提案是有150页长的一章，其名称为“自复制系统概念：自复制月球工厂及论证”，该提案提出的计划是：用20年时间来发展一自复制的、通用的月球上制造设施(一自复制系统，或称为SRS)，该设施可被设置在月球表面上。从地球发射到月球表面上的、启动该计划的、作为此设施原始“种子”的装置有100吨重(约是四次阿波罗发射的任务量)。一旦该100吨重的种子就位后，其它所需的所有原材料都将从月球表面上开采，并制出该SRS“生长”所需的各个部件。这种空间开发方法的显著优点在于能减少或消除从地球发射运输的物质量，而从地球发射运送物资又是较昂贵的。
该报告指出：“由于在克服地球重力势能方面存在困难，所以在任何可能的时候，向太空发送信息都将优于向太空发送物质，且也是更有效的方法。一旦在太空中建立起了少数几个自复制设置之后，它们就可以用非陆地材料实施自我供应，从而，由地球向其输送的物质量将逐渐减少，并最终停止。其独特的自复制能力使得该设施在太空中原位生长成一个非常庞大的制造设施，该设施要比在正常情况下可从地球运送上去的设施大得多。这样，通过采用可生长到具有所需能力的自复制工厂，就可以极大地缩短为完成未来各种宏大的太空开发计划而在太空中将数目繁多的物质组织起来、并建造起来所需要的时间”。因此，在现有技术中已经提出了大规模的、非常复杂的非生物自复制制造系统，其用在月球上、相对无人管理的环境中。尽管已经提出了这样的系统，但至今还没有任何实施方案能支持这一提议，以使得这样一个非常复杂的系统在无人管理的环境中作为一自复制系统可正常工作/成为可行的方案。在尚未实施的条件下，由于除了该制造系统所要实施的无人管理环境的不可预测性之外、还要涉及大量的复杂性问题，所以这样的建议仍停留在原理推测的程度。
已提出的非生物自复制制造系统的另一个事例是由冯·诺伊曼所作的理论工作(参见由冯·诺伊曼所著的《自复制自动机理论》，该著作由Arthur W.Burks编撰并完成，由伊利诺斯州大学出版社在1966年出版)。冯·诺伊曼体系的自复制系统可能是非生物自复制制造系统的鼻祖，也是该领域的最原始提议(例如参见由JacquelineSignorini撰写的、美国计算机协会在1989年出版的、有关汇编超级计算技术的文章“对冯·诺伊曼的29态细胞自动机的个案研究：单指令多数据流机如何实现复杂细胞自动机？”)。冯·诺伊曼提出了两种原型系统：(1)一种细胞自动机系统，以及(2)一种“动态机”。
冯·诺伊曼所提出的自复制系统包括两个中央元件：一台通用计算机以及一通用构造器。通用计算机包括一程序，由该程序指导通用构造器的行为。而通用构造器反过来被用来制造另一个通用计算机和另一通用构造器。一旦构造完全后，新制出的通用计算机通过拷贝原始通用计算机中存储的程序而变为程序控制，然后再由该新制出的通用计算机执行该程序。
冯·诺伊曼设计出了一种构造器的详细结构，该构造器可工作在理论上的二维细胞自动机世界中，且其提议的部分内容已经在计算上被建模了(参见由Jacqueline Signorini撰写的文章“对冯·诺伊曼的29态细胞自动机的个案研究：单指令多数据流机如何实现复杂细胞自动机？”)。构造器具有一个动作臂，其可发生摆动；动作臂具有一顶端，该顶端可被用来改变其所停留胞元的状态。这样，通过程序性地移动动作臂、并改变在动作臂顶端的胞元的状态，就可以在创造出一个属于二维细胞自动机世界的“物体”，该物体完全由控制构造器的程序所设定。理论上讲，该由构造器创造出的“物体”是一个相同构造器及配套的计算机。
尽管该方案显示出其在理论创意上的有效性，但冯·诺伊曼的动态构造器(但没有如上面那样作详细的描述)可能会带来更大的影响，这是因为该自复制模型更易于应用到我们所生活的三维世界中。该动态构造器是一个机械手，其可以在三维空间中运动，且其可从周围的部件集合体中抓取部件。然后将这些部件装配成另一个动态构造器，该构造器与控制计算机相连。
应当指出的是：尽管自复制是重要的，但通常并不是唯一的目标。如果一制造装置能制造出自身的复制品，但不能制造其它物体(或者是执行/实现其它的任何/功能)，则这样的制造装置通常也并没有太大的价值。冯·诺伊曼的提议集中在将一能制造出任何指定物体的通用构造器与一可运算任何指定程序的通用计算机结合起来。这样的结合带来非常大的价值，这是因为该组合体可被编程设计成制造很大范围内的任何物体。而人们通常正是需要这种能低成本地制造几乎任何结构的能力，这种能力被认为是有价值的。装置可复制自身的能力通常是用来实现低成本的措施，而不是自身的目的。当然，为了创造价值，并不一定需要自复制系统能制造出除相同制造系统之外的最终产品。例如，一种可复制自身、但不能制造其它最终产品的椅子对于其自身而言仍然是有价值的，椅子一旦被制出之后，其就具有有用的功能(也就是说，提供用于乘坐的合适表面)。
最近关于非生物自复制系统的构思是由Eric Drexler提出的，该提议是关于一种“装配器”的(参见由Wiley地方的K.Eric Drexler在1992年撰写的文章：“纳米系统：分子机械、制造及分子运算”)。Drexler的装配器遵循了冯·诺伊曼的动态体系，但具体针对的是对原子制成的系统进行处理。也就是说，Drexler方案的重点在于小尺度系统(与冯·诺伊曼的方案相反)一例如分子级别上的系统。在Drexler的提议中，冯·诺伊曼的计算机和构造器都被缩小到了分子尺度上，且构造器具有另外一些细节结构，这些结构用于在原子的精度上对分子结构进行操作。
Drexler装配器中的分子构造器具有两个主要的子系统：(1)定位能力、以及(2)顶端化学能力。定位能力可由一个或多个小机械手来提供，或者作为备选方案：可由很大范围内的某种装置来实现，只要该装置能实施位置控制即可(例如可参见由Richard D.Klafter，Thomas A.Chmielewski，以及Michael Negin撰写的、由Prentice Hall在1989年出版的文章：“机器人工程：一种集成方法”)。尽管其重点在于尺寸非常小的定位装置：尺寸可能为0.1微米(100纳米)。但应当理解：在纳米技术领域中，目前的扫描探测显微镜(SPM)设计一般采用压电元件进行定位控制(例如可参见1988年10月14日出版的《科学》杂志第242卷第209页到216页所刊登的、由P.K.Hansma，V.B.Elings，O.Marti以及C.E.Bracker所著的“扫描通道显微镜以及原子力显微镜：在生物领域和技术上的应用”)。人们已经认识到：一般来讲，在自复制制造系统中，最好是采用机械定位系统，这样的系统相对于其总体尺寸具有很大的运动范围，这一点与所能获得的压电定位装置或其它静电定位装置相反，它们的运动范围相对于自身总体尺寸很小。通常，在分子尺度上优先采用机械定位装置的原因类似于在显微尺度上通常采用机械装置的原因：即希望结构紧凑、相对于装置尺寸大小具有大的运动范围、以及高定位精度(例如具有高刚性)。而对于压电装置和静电装置，则在这些方面存在障碍。在另一方面，分子机械装置在理论上可采用刚性非常大的材料，且可采用适当设计的接头，此接头易于转动，但与此同时，其在其它自由度上则具有很高的刚性(例如可参见在1987年11月由K.Eric Drexler发表在《IEEE微型机器人和遥控操作器工厂》上的“纳米机械：原子精度齿轮以及轴承”，以及由Ralph C.Merkle发表在1993年第四卷《纳米技术》的86-90页上的“关于分子轴承的试验”)。
Drexler提议中的顶端化学在逻辑上类似于冯·诺依曼构想中通用构造器的效能，其能改变动作臂顶端上细胞的状态，但该提议中的“状态改变”则对应于真实世界中分子结构的变化。也就是说，必须要具体设定动作臂顶端上发生的一系列确定的化学反应，且这一系列明确的化学反应必须要足以保证能合成出所需要的分子结构种类。在现有技术中已经提出了用于实施这种“顶端化学”的各种方法。例如，通常用化学气相淀积(CVD)方法来在相对较低的温度和压力下合成出钻石。在此过程中，一种高反应活性的低压气体从钻石生长表面上经过。该气体通常包括原子氢和各种碳氢化合物。钻石生长表面通常被氢元素所包围。一种用于实现钻石生长的、相当普通的机理包括(1)从表面上分离掉一个或多个原子氢，从而留下一个或多个不饱和键，然后(2)用含碳的物种(例如CH3、C2H2等)与未饱和的氢键发生反应。可以无限次循环地执行该分离和淀积过程。
但是，如果想制出原子结构精确为钻石形的钻石，则依赖于气态反应分子通常并不能得到理想的结果。气体分子可与任何部位处的表面发生反应，从而该合成过程是统计学性质的，在很大程度上是不受控制的。为了达到在原子精度上对产品进行控制，一般需要对反应剂执行高精度的位置控制。现有技术中的一种方案是在定位装置的顶端上设置高反应活性的分子。例如，当反应气体中的原子氢撞击到键接到生长表面上的氢元素时，就会发生夺氢反应。在某些情况中，结果将会是H2分子离开表面，并在脱氢部位留下一个不饱和键。但不幸的是：原子氢在非惰化的情况下很难被保持。当将原子氢键接到定位装置的顶端时，其就变为非反应活性的了。但如果其没有被键接到某种结构上，则就很难以所需的精度控制其位置。因而，现有技术中已经提出了一种脱氢工具，该工具(a)的一端是相当稳定的，从而可键接成一个较大的“手柄”，以及(b)其具有一高活性端，其对氢具有很好的亲和性。
现有技术中这种工具的一个示例表示在图1中，该工具是丙炔夺氢工具。在图1所示的示例性原理中，顶端处的碳原子与中间碳原子为叁键连接，中间碳原子反过来又与底部的碳原子单键连接。顶端原子是游离基。如果顶端原子与氢键接，则所形成的键将是非常强的：键能约为130千卡/克分子。量子化学计算有力地支持了这样的观点：该工具很容易从大部分钻石表面上夺氢，尤其是：对夺氢过程的妨碍或者是很小的，或者干脆是不存在的(例如可参见由Charles B.Musgrave，Jason K.Perry，Ralph C.Merkle以及William A.Goddard在1991年第三版《纳米技术》2的第187-195页中所发表的文章“对用于纳米技术的夺氢工具的理论研究”)。该工具的基部可被键接到一个延伸的钻石形“手柄”上，而该“手柄”是可被机械抓持或定位的。这种工具可以按照位置具体指定的模式从钻石形工件的表面上去除掉氢，这样就使为碳淀积工具所设的一平台在该位置上与一个或多个碳原子相键接。一旦工具执行完其任务之后，则或者可以将其抛弃，或者可以从一适当的母体创造出一个新的工具，或者可以通过将夺出的氢原子去除来对“工具”进行刷新。
另外，人们已经提出了几种用于执行碳淀积的提议。但总的思想是：在一位置受控的顶端上使用与气相生长物种相键接的工具，然后，采用一种反应机理，该机理类似于表面淀积过程中气相物种所发生的反应。需要指出的是：位置控制还能提供一种方便而又非常可控的机理，该机理用于提供活化能量—有时是需要提供活化能量的：该能量可用于施加机械力(推力)。在化学反应中，该可选项通常是不存在的，因而，这样就发展了新的一组非常丰富的反应机理。
由Drexler提出的装配器不是一个具体的装置，而是一类装置。这类装置中的具体成员能以特定的方式处理特定的事件。因而，在现有技术中有人提出：要实现由Drexler提出的这种装配器，就需要指明这种装配器的许多细节特征(参见由Ralph C.Merkle发表在1992年第45卷《British Interplanetary Society》407-413页上的文章“自复制系统与分子制造”)。例如，如要标明一个装配器，就需要指明(1)计算机的类型和结构；(2)定位装置的类型和结构；(3)在顶端处发生的化学反应的类型；(4)如何向顶端或从顶端输送化合物，以及化合物在到达顶端之前会如何改变(如果在任何程度上发生)；(5)该装配器所能建造的结构类型；(6)该装配器的工作环境；以及(7)向装配器输送能量的方法。另外，人们已经认识到：往往还希望能向装配器发送指令。因而，就还需要指明另一个元件：(8)一接收器，其使得装配器能接收指令(例如为无线电传送指令，下文将对此作充分的讨论)。根据所要制造系统的类型不同以及该系统所要发挥功用的环境不同，可能还需要具体指明装配器其它的一些特征。
在现有技术中还存在另一种理论上的非生物自复制系统，该系统是通过检查方式获得的，称为Richard Laing复制(可参见：由RichardA.Laing撰写的、刊登在1975年第54卷《理论生物学学报》的63到84页的“Some Alternative Reproductive Strategies inArtificial molecular Machines”；刊登在1976年第13卷《Journalof Computer System Science》的172到183页的“AutomationIntrospection，Journal of Computer System Science”；以及刊登在1977年第66卷《Journal Theoretical Biology》的437到456页的“Automation Models of Reproduction by Self-Inspection”)。这种方法依赖于机器在冯·诺伊曼动态模型中对系统所有部件的识别能力，由此来确定部件的类型和位置。因而，例如，一复制系统可包括两个装置，其中一个为主动式的，而另一个为被动式的，但两装置都能被动地接受主动装置发出信号的控制。从两个这样的装置开始(这两个装置不一定是相同的)，其中一个装置检查第二个装置，并建造该第二装置的复制品。然后第二装置再检查第一装置，而制出第一装置的复制品，两装置的主动状态和被动状态是互换的。结果就是：这两个装置复制了自身，且它们在独立的情况下都不能完成自复制，但这两个装置都不具有执行任何明确的构建计划。
现有技术中还存在另一种非生物自复制系统，其采用了“无线电传递结构”。在冯·诺伊曼体系和Drexler的装配器(以及在生物系统)中，系统的整个计划集合都被存储在某种类型的内部存储器中。在自复制制造系统中，这一点在逻辑上不是必需的。如果“构造器”与“计算机”分开，并允许许多单个构造器从一个中央计算机接收指令无线电传送，则各构造器并不需要记住其所要执行的计划：只要在其工作过程中简单地告诉其该干什么就可以了。图2中表示了这种无线电传递结构的逻辑示例。如图2所示，可设置一中央微观计算机202，其向一个或多个分子构造器204无线电传送指令。这种方法不但解决了这样的需求：要在构造器(其在当前环境中是执行自复制的部件)中设置一用于存储计划的中央寄存器，而且还取消了与解码和解读这些计划相关的几乎所有机构。这种无线电传递结构的优点包括(1)其减小了自复制部件的尺寸和复杂性；(2)其使得自复制部件能快速地转向建造新型物品；以及(3)如果中央计算机是宏观的，且能直接控制，则由于各个独立的构造器缺乏足够的自动动作能力，无线电传递结构固有地具有很高的“安全性”(例如能防止构造器擅自复制自身)。
人们已提出了多种方法来实施该“无线电传递结构”。Drexler已提出了的方案是：将构造器浸在能传递压力变化的液体或气体中，并利用对压力敏感的棘轮机构控制构造器的运动。如果每个压力敏感的棘轮机构都具有相互不同的压力阈值(因而，在阈值周围的压力转变会使得棘轮机构按照一定的步骤进行循环，而周围的压力变化停留在阈值之下或附近则使棘轮机构保持不动)，这样，通过调整周围流体的压力，就可以简单地访问控制各个棘轮机构。这将极大地降低指令解码硬件的复杂性。这种普通的方法类似于在连接机(参见由麻省理工学院出版社在1986年出版的、由Daniel Hillis撰写的“TheConnection Machine”)中所采用的方法，在连接机中，由一复杂的中央处理器进行解码，并将指令向存储能力和处理能力有限的、非常简单的数目众多的处理器进行无线电传送。存储程序、解码指令以及其它的日常活动都是单个中央处理器的任务，而大量的小处理器只需要解读一小组非常简单的指令就可以了。因而，这种“无线电传送”方法可减低对各个装配器的存储量要求。在另一方面，如果装配器不能接收到无线电传送指令，则就需要各个装配器具有足够大的自载存储器来记住(a)如何构建一个第二装配器以及(b)如何构件某些有用的产品(或当产品完成后执行其它有用的任务)。在这一点上，单个已被适当编程的“种子”装配器就要对其自身进行复制，并制造出大量已被简单编程的自身复制品。因此，这种方法在经济上不如无线电传送方法。
需要重点指出的是：本文特别提到了本发明着重点是针对于“非生物”自复制制造系统(在本文中，其也可被称为“常规制造系统”)。现存的许多生物系统是可自复制的(例如人类等等)。这样的生物系统一般都具有自复制的能力。但是，非生物制造系统(例如工厂)一般不能自我复制。现有技术中已经注意到了在非生物自复制制造系统与生物系统之间的很多区别，其中，本申请针对的是非生物自复制制造系统。尽管非生物自复制系统可模仿生物系统进行实施(即仿生)，但非生物自复制系统仍然与生物系统具有很大的差别。例如，尽管飞机在某些方面是仿照鸟类，但仍然与鸟类有非常大的不同，一非生物自复制系统可仿造一生物系统，但仍然留有不同于生物系统的很大区别。
尽管在很久以前人们就认识到了实现自复制制造系统的好处(例如参见由Richard P.Feynman于1960年2月发表在《Caltech’sEngineering and Science》上的“There’s Plenty of Room at theBottom”，该文章意识到需要能有一种从动“手”，其能在一定程度上制造出这种“手”的较小复制品)，目前已经有一些小进展超过了上述提出的现有理论。也就是说，现有技术中在实施非生物自复制系统方面已取得了一些小进展，尤其是在纳米技术领域内，该进展超过非生物自复制系统的理论框架。现有技术中的微观装配制造平台通常是通过一外部制造源(也就是说并非是自复制的)一次制成的。另外，现有的微观装配制造平台通常是被按照顺次次序或相互并列地制出的。现有制造技术的一个问题在于：建造制造系统所需的一个主要因素通常是人的参予。在这种制造平台的微观装配过程中，通常都需要人来执行一项或多项至关重要的操作。
在微机械或微电子制造领域中，现有技术中常用的整体并行技术的一个事例就是平版印刷技术。平版印刷技术是一种公知的制造技术，其具有并行度很高的性质，可用该技术同时处理几百万个装置，但该技术却是非自复制的。平版印刷本身不属于其所能制造的部件，例如，用平版印刷技术制造出的部件不能再进一步地制造平版印刷的相同部件。因而，尽管平版印刷技术实现了制造元件的整体并行，但并不能实现自复制。在现有技术中，已经发展出了多种制造技术来实现这种部件的大规模并行制造；但是，现有技术中还没有出现成功的、用于微装配部件的自复制制造系统。尽管在制造过程中采用大规模并行技术一般能使制造系统的效率高于串行式制造技术，但并行制造的效率并不能达到自复制制造系统所能实现的效率。
希望能设计出非生物自复制制造系统的原因有很多。首先，自复制是一种降低制造成本的有效途径。另外，自复制能改善制造过程的时间性，例如能缩短制造最终产品所需的总时间。此外，自复制还能使得制造过程精确而保持低的出错率。例如，自复制几乎就能消除“人为错误”的发生(或其它“外部制造源”的错误)，在制造过程中通常会引入这种类型的错误。
发明内容
考虑到上述情况，需要能有一种非生物自复制制造系统。尤其是希望能有这样一种非生物自复制制造系统：其可用来执行小尺度的装配工作，例如执行微米尺度上的装配和纳米尺度的装配。另一个需求是需要这样一种非生物制造系统：其能有效地构建出多个装配平台。
通过一种系统和方法实现了上述这些、以及其它的目的、特征和技术优势，此系统和方法提供了一种非生物自复制制造系统(即“SRMS”)。一优选实施例提供了一种SRMS，该系统能对装配平台进行复制(也就是说，构建相同的装配平台)。在一种优选实施例中，一个或多个装配平台采用定位装配的方式构建出一个相同的装配平台。此外，在一种最佳实施例中，这样的装配平台是小尺度上的装置，它们能对小尺度部件进行操作，而构建出相同的装配平台。例如，这样的装配平台可以是微米尺度上的装置，该装置可用微米尺度的部件装配出相同的装配平台。当然，该装配平台的备选实施例也可以是较大尺度的装置。
一优选实施例提供了一种SRMS，在该系统中执行的是面对面的装配。也就是说，由一第一表面，即表面A上的一装配平台构建出一个位于另一表面，即表面B上的相同装配平台。这样的构建过程最好是通过定位装配的方式来完成的。相应地，要在表面B上精确地(可接受一定限度的位置误差)预先布置好那些构造一相同装配平台所必需的部件，并将这些部件提交给表面A上的装配平台。例如，每一表面都可以是一晶片，晶片上带有一个或多个印模地址，必需的部件预设置在这些位置上。在一种优选实施例中，两表面由SRMS中的一平移机进行搬运，该平移机将表面A上的装配平台定位在表面B上部件的对面。然后向装配平台发送指令(例如从一控制计算机)，使得装配平台用表面B上的预置部件构建出一相同装配平台。从而，一优选实施例就提供了一种SRMS：在该系统中，可由一个相同的装配平台构建出一个或多个装配平台。
在一种最佳的实施例中，这样来实施SRMS：使其能有效地构建出相同的装配平台(即装配平台的复制)。例如，构建装配平台所必需的部件既可设置在表面A上，也设置在表面B上，且两表面上的装配平台可在另一相对表面上构建出相同的装配平台。举例来讲，表面A上的装配平台可在表面B上构建出一个相同装配平台，而表面B上的装配平台则可在表面A上构建出一个相同的装配平台。这样的构建过程可以在两表面之间以往复的方式来回进行。作为备选方案，这样的构建过程也可以在表面之间并行执行，即表面A上的装配平台在表面B上构建出一个相同装配平台，而与此同时，表面B上的装配平台也在表面A上构建出一个相同装配平台。在一种优选实施方式的SRMS中，可以实现各种其它的装配过程。作为优选的过程是：装配平台以指数的速率进行复制。例如，在一种实施例中，装配平台是按Fibonacci(斐波纳契)数列的规律进行复制的。在另一种实施例中，装配平台是以指数的形式复制，从而在经过n次迭代复制后，装配平台的数级将为2n，也就是说，具有“O(2n)”个装配平台。
因此，在一种最佳的实施例中，一旦在构建出了一个或多个装配平台之后，就可以向这些装配平台提供必需的部件和自复制指令。另外，最为理想的是：一旦构建出了一个或多个装配平台之后，这些装配平台能执行至少一个其它任务(指除自复制之外的其它任务)。例如，在一最佳的实施例中，可向这样的一个或多个装配平台提供必需的部件和指令，使得装配平台能装配出不同的装置(例如与装配平台不同的装置)、或能执行其它的一些功能。
应当理解的是：一优选实施例可提供一种通用制造系统，该系统能装配出某种专用制造系统。此专用制造系统可与通用制造系统完全相同(也就是说，该系统实际上是另一个“通用制造系统”)，或者该特定制造系统也可以是与通用制造系统不同的。例如，一优选实施例中的SRMS被设计成能实现装配平台的多代成长，在该实施例中，装配平台的第一代能装配出第二代装配平台(即后代装配平台)。之后，该后代装配平台还可以装配出更后一代的装配平台，如此等等。应当指出的是：各代装配平台也可以是相同的。但是，在某些实施方式中，各代装配平台可以是“相似的”装配平台，但并不必须是完全相同的。例如，其中一代或多代装配平台的尺寸可以与早先几代装配平台的尺寸不同。举例来讲，第一代装配平台可以装配出一第二代装配平台，该装配平台可以是第一代装配平台的微缩版或放大版。作为另一种举例，后一代或后几代的装配平台可以与早先几代装配平台完全不同。
另外，应当指出的是：每个装配平台实际上都可包括多个装配平台(或多个“亚装配平台”)，每个装配平台负责装配另一装配平台中的一部分。举例来讲，第一装配平台可包括两个亚装配平台A和B。亚装配平台A的作用是在一相面对的表面上装配出一亚装配平台B，亚装配平台B的功能是在该相面对表面上装配出一亚装配平台A，这样，就形成了一个包括亚装配平台A和B的一第二装配平台。例如，一SRMS是一集合体，其由两个或多个不同类型的装配平台组成，这些装配平台通过执行顺序的面对面制造过程，就能协作地复制出另一套相同的集合体，这样的过程被称为非单纯复制。下面作举例说明，但该举例并不排斥本发明范围内的其它实施方式，考虑这样一个集合体的情况：其是由一A型装配平台和一B型装配平台组成的。最初的两个平台A和B是由人工建造的(例如为手工制造的)。在一相对表面上，平台A可构建一“子平台”A的50％，而平台B则构建子平台B上不同的50％。之后，由平台B构建子平台A上剩下的50％，而由平台A构建子平台B上剩下的50％，这样就完成了两个子平台的构建。因而，在非单纯式复制过程中，装配平台A和B可能是不能独立自复制的，但整个集合体(由平台A+B组成)却可以以指数规律自复制另外一个相同的集合体。
从而，一最佳实施例提供了一种制造系统，该制造系统采用面对面的装配方式。另外，这样的面对面制造系统还可按照并行方式执行面对面装配(例如，可在同时执行多个面对面装配)。更进一步，这样的面对面装配还可以按照往复折返的方式进行，从而在两个或多个表面上高效地构造装配平台。此外，一种最佳实施例提供了一种可用于小尺度装配(例如在微米的尺度上进行装配)的面对面装配方案。还需要指出的是：一最佳的实施例中涉及一个或多个表面，每个表面上都包括一个或多个装配平台，并使一个或多个表面能共同发生平动，这样就能在同时、以共同的方式平移表面上的一个或多个装配平台。在一种最佳实施例中，通过将多个表面(或“工作区”)堆叠起来，而将面对面的制造过程延伸到了三维空间。如下文将要详细介绍的那样，一种优选实施例提供了一种定位装配制造系统，该系统将预先设置在晶片(或其它类型的面安装部件保持器)上的适当部件提交给一装配平台，然后，由该装配平台将部件装配到晶片(或其它表面上)。更进一步，在一种最佳实施例中，所述部件是微米尺度上的部件(例如：用平板印刷方法、基于集成电路的制造方法制造的MEMS部件)。在一种最佳的实施例中，一制造系统具有两个转动自由度(该系统在本文中称为“MS2R”)，如本文所述，该系统被作为SRMS中的装配平台。但是，在其它的可选实施例中，SRMS中可采用能进行自复制的任何类型装配平台。
上面的叙述相当宽地勾勒了本发明的特征和技术优点，为了更好地对其进行理解，下面将对本发明作详细的描述。在下文中将描述本发明中能构成权利要求技术主题的其它特征和优点。本领域技术人员应当能理解：很容易以所公开的本发明概念及具体实施例为基础，改动或设计出其它能同样实现本发明目的的结构。本领域普通技术人员还应当认识到：这样的等效构造并不悖离由权利要求书限定的本发明思想和范围。
附图说明
为了能更完整地理解本发明及其所带来的优点，可参见下文中结合附图所作的描述，在附图中：
图1表示了现有技术中一种示例性的分离氢工具；
图2示例地表示了无线电传递结构的逻辑结构；
图3A表示了一个示例性表面，该表面可被用在SRMS的一优选实施例中；
图3B表示了第二种示例表面，该表面可用在SRMS的一优选实施例中，该表面所处坐标系与图3所示表面的坐标系镜面对称；
图4是一个示例性的流程图，表示了最佳实施例的制造过程；
图5表示了两个示例性表面，它们被设置成可在SRMS最优选的实施例中实现装配平台的自复制；
图6表示了两个示例性表面，它们被设置成可在SRMS最优选的实施例中进一步实现装配平台的自复制；
图7A到图7H表示了一最佳实施例的示例性制造过程，该制造过程使得装配平台能以指数函数的速率进行复制；
图8A表示了一些部件的实现形式，这些部件可装配成一装配平台，该平台在本文中被称为MS2R，其可用在一最佳实施例中；
图8B表示了一些部件的实现形式，这些部件可被MS2R平台装配成一新的MS2R装配平台，其中的前者MS2R平台是由图8A所示构件装配成的；
图9A是对一MS2R平台所作的示例性俯视图，该平台已抓持了一个部件，用于构建一个相同的装配平台；
图9B是一MS2R的示例性侧视图，该平台抓持着一个部件，正在构建一个相同的装配平台；
图10表示了一对镜像坐标系的举例，用来说明在优选实施例中如何访问印模地址的实施措施；以及
图11表示了一种示例性的制造过程，该过程可用来制造具有电绝缘性的、可完全脱离的MEMS元件，这样的元件使得根据本发明优选实施例的装配平台变为了可能。
具体实施方式
I.概论
本发明的一优选实施例采用了定位装配技术，用以实现一种非生物自复制制造系统(SRMS)。在一最佳实施例中，这样的一种非生物SRMS在执行自复制过程中，采用的部件是在微米尺度上或纳米尺度上。但是，也可以有其它可选形式的实施例，这些实施例能实现任何尺度上的SRMS，任何这样的实施例都应当被看作是在本发明的范围内。如下文将要详细讨论的那样，一最佳实施例对部件施以推算定位的拾取-放置操作，这样就极大地简化了制造系统的设计，并能用非常简单的指令实现很多装置的同时并行制造。
如本领域公知的那样，基于平版印刷的过程就其本质上而言是二维的。从而，一最佳实施例的自复制也是二维的。如下文将要详细讨论的那样，在一最佳的实施例中，一装配平台(例如机械手)安装在一表面上，在本文中，该平面也被称为“工作区”，装配平台可在一对置表面(或“对置工作区”)上制造出一个自身的复制品。例如，假定一机械手是由平板印刷部件组成的，并进一步假定有一个表面被设置成与该机械手相面对，其中，这样的一个正对表面是一个晶片，该晶片上具有合适的平板印刷元件，这些元件用来在此表面上装配出一个相同的机械手，这个被制出的机械手在其表面上的位置是预先确定的。机械手可从所提供的元件中进行选取，其甚至可在存有适度定位误差(对于目前采用的平板印刷工艺，该误差通常在一到两个微米的数量级上，但该误差也可依工艺精度要求而比例变化)的情况下“抓取”(或“夹持”)这样的元件。近来在适当的夹钳和互补连接点(例如“手柄”)方面取得了一些进展，例如可参见这样一个美国专利申请：其受让人与本申请人相同，并同时提交，申请号为[代理人备案号为第50767-P004US-10006225]，名称为“用于微型元件的夹钳及互补型手柄”，该申请的公开内容也结合到本文中作为参考，实施该申请中的内容，就可以使机械手以可接受的定位误差“抓取”表面上的预定位元件(或部件)。假定这样的装配平台能“抓取”所需的部件，则如果装配平台能接收(并执行)完成装配所必需的指令，其就可以将提交给它的这些部件装配成一个相同装配平台。结果就是，通过定位装配的方式实现了装配平台的自复制—甚至是对于小尺度的装配，例如对于微米尺度或纳米尺度上的装配。
此外，一最佳实施例采用了推算定位装配方法(“DRPA”)，也就是说，采用了无反馈的定位装配。一最佳实施例的装配过程是以这样的方式实施的：能自修正小量的定位误差(例如，在部件在对置表面上定位不正确的情况下)，由此就防止由这些小定位误差造成误差累积。例如，一最佳实施例的制造系统采用了自对齐机构(“SAMs”)来修正未能正确定位部件的位置，并防止出现位置误差的累积。举例来讲，在受让人与本申请人相同、且同时提交的申请号为[代理人备案号为：第50767-P004US-10006225]、名称为“用于微型元件的夹钳及互补型手柄”的专利申请中所公开的“夹钳”和/或“手柄”就可以用在一最佳实施形式的制造系统中，以使得制造系统能自己修正所要装配部件的小量定位误差。结果就是：对于最佳实施例的装配过程，DRPA操作是可以实现的。与那些需要大量反馈信息来控制部件装配的制造系统相反，在最佳的实施例中，采用这样的DRPA操作还能降低制造系统的复杂性。当然，应当指出的是：在其它的可选实施例中，也可以将SRMS设计成从一装配平台向一控制平台(例如一控制计算机)发送反馈信息，且任何这样的实施例都应当是在本发明的范围内。
如下文将要详细讨论的那样，一最佳实施例提供了一种制造系统，其包括能在一对置表面上执行微装配的装配平台，在对置表面上预先设置了必要的部件，从而能使装配平台进行工作而装配出一个相同装配平台(即自复制)。举例来讲，这样的装配平台可包括单个机械手，其能执行次序固定的运动，从而用对置表面上预先设置(或预定位)的部件来装配出一个第二机械手。可以认识到：这样的SRMS能使装配平台高效地进行复制。例如，在实施一最佳实施例的过程中，SRMS使装配平台以指数规律进行自复制。举例来讲，一旦一个第一装配平台(例如包括一机械手)在一第二表面(例如是在一对置表面)上制出一第二同型装配平台之后，则这两个已完成的装配平台就以并行的方式同时制造另外的装配平台。可以理解：这样的过程是以指数规律变化的，例如，上述的两个平台现在就可以并行地制造另两个平台，反过来又可制造另四个平台，它们然后再制造八个，以此类推。由于所有的装配平台都可以同步工作(或者是并行工作)，所以装配平台数目每次翻番所需的时间都是相同的(例如，该时间等于单个装配平台的构建时间)。
此外，一最佳的实施例可在两个(或多个)表面上进行，这两个表面被布置成能使装配平台以往复模式进行复制。例如，一第一表面上的第一装配平台可在一第二表面(例如，对置表面)上制造出一个相同的装配平台。之后，第二表面上的第二装配平台再在第一表面上制造出一个第三装配平台。而后，第一表面上的两个装配平台在第二表面上造出另外两个装配平台。这样的过程一直持续下去，使两表面上机械手的数目例如以Fibonacci数列(该数列也是一种指数增长)的规律增加。因而，这样的往复模式可使得一表面上的装配平台在第二表面上装配出一个或多个装配平台，同时还使得第二表面上的装配平台在第一表面上装配出一个或多个装配平台。这种往复模式可以进一步提高SRMS优选实施例的生产率，并提高装配平台数目的增长率。
另外，一最佳实施例可以将两个(或多个)表面设计成能使得装配平台的复制是以“并行”模式进行的。例如，一第一表面上的第一装配平台可在一第二表面(例如对置表面)上制造出一个相同的装配平台。而后，第二表面上的第二装配平台可在第一表面上制造出一第三装配平台。当然，此时第一装配平台可以并行地在第二表面上制造出一第四装配平台。之后，第一表面上的两装配平台可在第二表面上制造出另外两个装配平台。当然，此时第二表面上的两个装配平台也能并行地在第一表面上制出另外两个装配平台。这样的过程一直持续下去，两表面上机械手的数目按照指数规律进行增长。因而，这种平行模式使得一表面上的装配平台在一第二表面上装配出一个或多个装配平台，与此同时，还使得第二表面上的装配平台同期地在第一表面上制造出一个或多个装配平台。这种并行实施方式可以进一步提高SRMS优选实施例的生产率，并提高装配平台数目的增长率。
在一最佳实施例中，可在每一表面上装配出许多装配平台。另外，在一最佳实施例中，整个表面可以在X、Y、Z方向(即三维空间内)上移动(或重新定位)。例如，在一最佳实施例中，制造系统中处于表面之外的一个部分可以向该制造系统所包括的各个表面提供共有的平移运动。更具体来讲，制造系统中的一平移机可使一表面产生平稳而又精确的运动(即使该表面平移)，由此使得该表面上的所有装配平台都能同时被平移到一个理想的位置上。例如，可将两表面设置成相互面对，从而能使一表面上的装配平台能在相面对的表面上装配出装配平台。为有助于这样的操作，两个表面或其中的一个表面可以进行平移，从而能以同样的方式同时平移该表面上的所有装配平台。这样就避免了要为表面上的各单个装配平台设置X、Y、Z各向定位能力的要求。在一最佳的实施例中，只要为各个装配平台设置转动自由度就可以了。
例如，一最佳实施例的实施采用了一种在本文称为MS2R的装配平台。MS2R的实施表明：只具有两个转动自由度的装配平台就足以在一相面对表面上构建出一具有两转动自由度的相同工作平台。由于设计、制造一仅具有两转动自由度的定位装置要比制造一个具有多转动自由度和/或平移自由度的复杂装置容易得多，且由于转动自由度在平移运动中(X、Y、Z轴方向运动)被“钳夹”约束住，所以诸如MS2R等的装配平台比具有多个自由度的、更为普遍的装置要简单得多。
另外，在一最佳实施例的实施形式中，可将多个表面堆叠起来。例如，在一个表面上造满装配平台之后，制造系统可装配出一第二表面。之后，对这两个表面进行堆叠而形成一个结构整体。另外，一旦将两个表面堆叠之后，制造系统中的所有运动(X、Y、Z)对于两堆叠表面就是共同的了。结果就是，能以一最佳的实施方式同时制造出另外两个表面，这样就完成了四个表面(所有表面上都制出了装配平台)。这四个表面然后再堆叠在一起而形成一个结构整体，以此类推。最终可制出一个方便的表面堆，其包括许多个其上带有装配平台的表面，这些表面可在一第二组堆叠表面上同时制造出另外一些相同的装配平台。
因而，在一最佳的实施例中，一旦有一个或多个装配平台被构建出来，向这些装配平台提供必要的部件和指令就能实现自复制。另外，最为优选的是：在有一个或多个装配平台被构建出来之后，这些装配平台还能执行至少一项其它任务(除自复制之外)。例如，在一最佳的实施例中，可向这样的一个或多个装配平台提供必要的部件和指令，以使得这样的装配平台能装配不同的装置(例如一非相同装置)、或执行其它的功能。
这样，一最佳的实施例提供了一种采用面对面装配的制造系统。另外，这样的制造系统能以并行的方式(例如可同时执行多个面对面装配)执行面对面装配。更进一步，这样的面对面装配还可以按照往复模式执行，从而能高效地在两个或多个表面上构建装配平台。此外，一最佳实施例提供了一种面对面装配方式，其可用作小尺度上的装配(例如在微米或亚微米尺度上进行装配)。还应当指出的是：一最佳实施例是在一个或多个表面上实施的，这些表面上均设有一个或多个装配平台，并可对这一个或多个表面施加公共的平移运动，由此使表面上的一个或多个装配平台能以同样的方式、在同时进行平移。一最佳的实施例通过将多个表面(或“工作区”)堆叠起来而将面对面装配扩展到三维空间。如下文将要详细讨论的那样，一优选实施例提供了一种定位装配制造系统，该系统将预先布置在晶片(或其它类型的、用于表面安装部件的保持器)上的适当部件提交给一装配平台，由该装配平台随后在晶片(或其它表面)上将这些部件装配起来。更进一步，在一最佳的实施例中，这些部件是微米尺度上部件或纳米尺度上的部件。另外，如下文将要详细讨论的那样，一优选实施方式的SRMS可被设计成能实现装配平台的多代生长。同时，一优选实施例的SRMS可被设计成这样：每一代装配平台都是完全相同的，或者也可以被设计成这样：各代装配平台之间，有一代或多代装配平台是不同的。
II.优选实施例的实施
如上所述，一优选实施例提供了一种采用面对面定位装配的SRMS。在图3A和图3B中表示了可用在SRMS优选实施方式中的示例表面。先参见图3A，在一晶片300上规划出一个阵列，该阵列与“印模地址”基本相同。作为一个示例，晶片300可被规划为8×8的印模地址(或“方格”)阵列(或网格)，其中，每一印模地址的大小为1cm×1cm。当然，在其它可选实施方式中，晶片300可包括任意个方格，且各个方格的尺寸也可以是任意的，且这样的实施方式应当是在本发明的范围之内。图3A表示了该示例晶片300的正面。通过在该晶片上设立一右手旋笛卡儿坐标系，可唯一地访问各个方格。在该坐标系中，每一方格的地址都以(列、行、“Z”)的形式进行标记，其中，“Z”表示离开表面的距离或高度(例如，在表面上方的距离)。因而，左下方方格的地址为(1，1，Z)，右下方方格的地址为(8，1，Z)，左上方方格的地址为(1，8，Z)，右上方方格的地址为(8，8，Z)。可以理解：“Z”值是可以变化的，由此可改变表面300与其面对表面(例如为图3B中表面350)之间的距离。
下面参见图3B，图中表示了一个第二晶片350，其被布置成与图3A的晶片300相面对，从而可在这两表面之间执行面对面装配。晶片350规划成一个基本与“印模地址”相同的阵列。作为例子，晶片350上被规划出8×8的印模地址(“方格”)阵列(或网格)，其中，每一印模地址的尺寸为1cm×1cm。当然，在备选实施方式中，晶片350可包括任意个方格，且各个方格的尺寸也可以是任意的，且这样的实施方式应当是在本发明的范围之内。图3B表示了该示例晶片350的背面，其正面与另一晶片对正，另一晶片例如为图3A所示的晶片300。通过设立一左手旋笛卡儿坐标系，晶片350上每一方格的地址都可以唯一确定。这样的坐标系中，每个方格的地址都标为(列，行，“Z”)，其中，“Z”是离开表面的距离或高度(例如，表面上方的距离)。因而，左下方方格的地址为(8，8，Z)，右下方方格的地址为(1，8，Z)，左上方方格的地址为(8，1，Z)，右上方方格的地址为(1，1，Z)。可以理解：“Z”值是可以变化的，由此可改变表面350与其相面对表面(例如为图3A中表面300)之间的距离。为了简化描述，本文将采用这样的镜像坐标系；但尽管如此，仍然可以用其它类型的坐标系来作为SRMS中表面印模地址的参照系。
如采用这样的镜像坐标系来确定一SRMS优选实施例中的表面地址，就可以将同样的指令通过无线电传送到各个表面的装配平台。也就是说，镜像坐标系有助于保持表面之间的对称性，而这样的对称性使得可向各个表面上的装配平台传送相同的指令。参见图10中表示的示例，可对具有这种镜像坐标系的SRMS的工作过程有更好的理解。图10表示了一对人手，它们被设置成使手10与手12重合，手10、12的掌心相面对，且两手的位置被设置成互为镜像。这样，手10在其拇指方向上的运动量“X”与手12在其拇指方向上的运动量“X”是等效的。也就是说，无论是手10在其拇指方向上产生了运动量“X”，还是手12在其拇指方向上产生了运动“X”轴，所造成的两手之间相对位置改变都是相同的。与此类似，相面对的两晶片表面可被设计成这样：各表面上的装配平台执行共同的一装配指令。举例来讲，指示一装配平台向其左侧旋转“R”量的指令可由两相对表面上的各个装配平台来执行。当然，应当理解：在SRMS的其它可选实施例中，可这样进行设计：相面对的表面并不互为镜像，可用不同的装配指令组来控制各个表面上的装配平台，且任何这样的实施方式都应当是在本发明的范围内。
在一优选实施例中，每个地址都包括在原位构建一个装配平台所需的全部部件。另外，在每个地址中，各个部件可预先布置(预定位)到该地址中预定的(或已知的)位置处。另外，可在SRMS的一优选实施例中设置一控制计算机，该计算机知道各个部件的位置以及装配流程(例如，装配平台构建一相同装配平台所需执行的移动/操作)。最为优选的是，这样的控制计算机是一中央计算机，其能控制多个装配平台(例如通过无线电传送型指令体系)。作为备选形式，这样的控制计算机也可以是与各单独装配平台相连接，从而只控制该装配平台的工作。
下面将参见图3到图7对一SRMS实施例作概括性的描述，该概述将不涉及系统中所用装配平台的精确结构。这样，如结合图3-7描述的那样，SRMS的一最佳实施例可以用任何类型的装配平台进行实施，因而，首先将在不涉及系统中所用装配平台的精确结构的条件下对SRMS进行描述。也就是说，对一最佳实施例中的SRMS的描述将不受其所用装配平台确切类型的限制。但是，为了完成并执行本发明中对许多不同结构的装配平台而言均为可行的公开内容，可采用一种示例性结构的装配平台，在下文中提供了一种这样的装配平台，这种装配平台在本文中称为MS2R。
简要参见图4，图中表示了一个示例性的流程图，该流程图表示了根据一最佳实施例的制造过程。如图所示，在程序块402中，向SRMS提供一第一表面(表面A)，该表面包括至少一个印模地址，在该地址上预布置了用于构建一装配平台的适当部件。在程序块404中，在表面A的第一印模地址上装配出一初始装配平台。该初始装配不属于自复制操作。也就是说，初始装配平台并不是一相同装配平台进行自复制的结果，而是由其它的某种装置装配出的。举例来讲，当构建一初始装配平台时，SRMS中并不存在任何可以进行复制的相同装配平台。例如初始装配平台可以由人工完成或由计算机控制的机械手装配完成。当然，如果预先已经存在用于对初始装配平台进行装配的其它同种装配平台，则就可用这些其它预先存在的同种装配平台来装配该初始装配平台。在程序块406中，向SRMS提供一第二表面(表面B)。表面B包括至少一个印模地址，在该地址上预布置了用于构建一装配平台的适当部件，且表面B最好布置成与表面A相面对。
在程序块408中，平移表面A和/或B，以将表面A上的初始装配平台A布置在一印模地址的对面，该印模地址具有构建一相同装配平台所用的适当部件。一旦对正之后，表面A上装配平台就开始接收指令(例如是通过无线电传递结构从一控制计算机接收)，从而使得该装配平台利用预先布置在表面B上正对印模地址中的部件，装配出一个相同装配平台。如在本文中详细讨论的那样，这样的装配过程最好是一推算定位(即非反馈式的定位)装配。该装配过程最好是这样一种定位装配：装配取决于构建所用的适当部件是否是以很小的定位误差预布置在印模地址中。
一旦装配完成后，则就在程序块412中执行判断，判断在任一表面上是否存在需要构建出装配平台的其它印模地址。如果这样的印模地址的确存在，则流程就转向程序块408，在该程序块中，表面A和/或B被平移，以使表面A和/或表面B上正在构建的装配平台与对置表面上一印模地址对正，在该印模地址上预先布置了装配一个同种装配平台所用的适当部件。例如，表面A上的装配平台可对正这表面B上的一个印模地址，该印模地址上预先布置了装配一个同种装配平台所用的适当部件。类似地，正在表面B上构建的装配平台可与表面A上的一个印模地址对正，该印模地址上预先布置了装配一个相同装配平台所用的适当部件。事实上，两个正在构建中的装配平台都可以排列成与印模地址相对正，这些印模地址上预先布置了装配一个同种装配平台所用到的适当部件，从而，两个装配平台就平行地工作，在各个相面对的表面上装配出另外两个装配平台。一旦对正之后，装配平台就开始接收指令，以使得各个装配平台利用预先布置在其对正印模地址上的部件而在相面对表面的该印模地址上构建出一相同装配平台。
上述的对正流程可重复执行任意次，其中的流程是指：使一表面上的一个或多个装配平台与一个或多个面对的印模地址对正，进而在这些印模地址上装配出相同的装配平台。如果在程序块412中判断出在任一表面上都不再存在需要被构建成装配平台的地址，则操作就在程序块414结束。应当认识到：这样的制造过程是以指数规律制造装配平台的。例如，如下文参照图7A到7H详细描述的讨论的那样，单个装配平台可制造出另一个装配平台，从而就有了两个装配平台；这两个装配平台各自(以并行方式)又制造出一个装配平台，这样就有了四个装配平台；这四个装配平台各自(以并行方式)又制造出一个装配平台，这样就有了八个装配平台；以此类推。另外，通过采用一种优选实施方式的面对面装配，以往复模式在两个或多个表面之间实现了上述的指数规律增长。应当认识到：尽管在理论上，装配平台的这种指数增长可以无限地持续下去，但在实际中，该指数增长受可获得资源及其它一些因素的限制。因而，一优选实施方式的SRMS可被设计成这样：只有有限个装配平台是以指数率构建出的，而之后，就是以略慢一些的速率(例如以线性速率)构建装配平台。
下面参见图5，图中表示了SRMS的一最佳实施例，在该实施例中，设置了两个表面A和B，图中分别为晶片300和350。图中用“X”表示一装配平台，其构建在晶片300的印模地址A(1，1，Z)上。因而，晶片300包括一个发挥单一功效的装配平台，其位于印模地址A(1，1，Z)上。在一种最佳实施例中，晶片300放置在一机器中(该机器被称为“平移机”或“定位机”)，且晶片350与其相面对，其中晶片350是晶片300的镜像。如图所示，晶片300和350这样进行定位：使得在印模地址A(1，1，Z)的装配平台与晶片350上的印模地址B(1，1，Z)对正。晶片300、350相互之间离开一定的距离(例如为“Z”)，可由晶片300上装配平台的控制器来控制该距离。如上文讨论的那样，在一最佳实施例中，晶片350被制成晶片300的镜像。另外，在一最佳实施例中，晶片350由一左旋坐标系进行标址。
在一最佳实施例中，平移机能在一度或多度空间内将晶片300和晶片350相对平移。例如，平移机能使晶片300和350沿X、Y、Z轴作相对平移，上述的三个平移方向轴构成了各个装配平台的三个自由度，从而就能减少系统中所需致动器的数目。在一最佳实施例中，方格A(1，1，Z)初始时被排列成与方格B(1，1，Z)正对。然后，开始执行装配过程，其中，一控制计算机向方格A(1，1，Z)处的装配平台发送适当的装配指令，且方格A(1，1，Z)上的装配平台在方格B(1，1，Z)上构建出一个相同的装配平台。该装配过程说明了表面B是表面A的镜像的事实。最为优选的是：向方格B(1，1，Z)的装配平台输送能量是该装配过程的最后一步。之后，可执行一复位命令，该命令将使得两装配平台A(1，1，Z)和B(1，1，Z)复位。也就是说，执行一复位命令，其可将两装配平台移动到一已知的方位/位置。例如，假定每一装配平台都包括一机械手。复位命令将使得各个机械手移动到一已知的“原位”状态。该“原位”状态例如是这样一个位置：在表面的平移过程中，已知该位置是可靠的，这样就可以防止这种平移运动损坏表面上装配平台中的元件—尤其是对于那些在Z轴上的元件。
然后，平移机这样来定位晶片300和350：使得方格A(1，1，Z)在方格B(2，1，Z)的对面，这就意味着方格B(1，1，Z)上新构建出的装配平台在方格A(2，1，Z)的对面。因而，装配平台B(1，1，Z)与方格A(2，1，Z)的相对位置关系和装配平台A(1，1，Z)与方格B(2，1，Z)的相对位置关系相同。应当指出的是：在一最佳实施例中，方格A(2，1，Z)是方格B(1，1，Z)的镜像，从而，装配平台B(1，1，Z)在方格A(2，1，Z)构建一装配平台的装配过程与装配平台A(1，1，Z)在方格B(2，1，Z)构建一装配平台的工作过程完全相同。也就是说，两装配平台可并行地执行同一套装配指令，从而在各自面对的印模地址上构建一个相同的装配平台。一优选实施例的镜像坐标系使得晶片300和350上的装配平台能执行共同的指令。在印模地址A(1，1，Z)和B(1，1，Z)上的装配平台所执行的装配过程终了时，就具有了四个装配平台。同样，最好是在装配过程结束时向新构建出的装配平台提供能量，并在此时向四个装配平台并行地执行一复位命令。
在一最佳实施例中，平移机将表面平移，使得各个表面(A和B)上的两个装配平台能与要构建的相同装配平台的印模地址相面对。例如，印模地址A(2，1，Z)和A(1，1，Z)上的装配平台可分别与印模地址B(3，1，Z)和B(4，1，Z)对正，这就意味着印模地址B(2，1，Z)和B(1，1，Z)上的装配平台分别与印模地址A(3，1，Z)和A(4，1，Z)对正。各个装配平台可在各自面对的印模地址上平行地执行装配过程，从而就一共构建出了八个装配平台(即每个表面上四个装配平台)。应当认识到：如图6所示，在经过一次或多次装配迭代之后，两晶片300和350上各完成了一整行装配平台(在该实施例中，每个包括八个印模地址)。
如图6所示，一旦在各个晶片300和350上构建出一整行装配平台之后，平移机就对晶片进行平移，使得晶片300的行1与晶片350的行2对正，同时也使得晶片350的行1与晶片300的行2对正。这样就可以再一次并行地执行装配过程，这样，总共就有了32个装配平台(也就是说，每个晶片上有16个装配平台)。因而，如参照图7A到7H详细描述的那样，可以按照指数规律执行装配过程，从而在经过n次迭代之后，装配平台的复制数目将为O(2n)。
下面参见图7A-7H，图中进一步表示了一种指数装配过程的最佳实施例，在该实施例中，经过n次迭代复制后，装配平台数目变为O(2n)。在图7A-7H中，地址中的“X”代表在该位置上的一个装配平台，地址中的一“O”代表一目标地址，一面对的装配平台将在该地址上构建出一个相同的装配平台。图7A表示了两个表面A和B，其中，已在表面A的地址A(1，1，Z)上初始构建出了一个装配平台(用“X”表示)。如上所述，SRMS中该初始装配平台并不是用复制的方法得到的，而是由其它某种装置构建成的。在一最佳实施例中，地址A(1，1，Z)的装配平台与地址B(1，1，Z)对正，从而在表面B的地址B(1，1，Z)上构建出一个相同装配平台(图中用“O”代表)。一旦在地址B(1，1，Z)处构建出装配平台之后，制造过程进入到图7B所示步骤。如图7B所示，地址A(1，1，Z)的装配平台在地址B(2，1，Z)上构建出一装配平台，且与此过程平行地，地址B(1，1，Z)上的装配平台也在地址A(2，1，Z)上构建出一装配平台。
一旦在地址B(2，1，Z)和A(2，1，Z)上构建出装配平台之后，制造过程进入到图7C所示步骤。更具体来讲，对已经制出的四个装配平台进行对齐，从而可在两表面上标记为“O”的地址上并行地构建出另外四个装配平台。一旦这些装配平台构建完成之后，制造过程就进入到图7D所示的步骤。更具体来讲，对表面A和B上已制出的八个装配平台进行对齐，从而可在两表面上标记为“O”的地址上并行地构建出另外八个装配平台。在图7D所示装配迭代完成之后，每个表面上都构建出了一整行装配平台，这些装配平台可按照图7E所示方式平行地工作，从而构建出另外的一些装配平台。具体来讲，如图7E所示，对已经制出的十六个装配平台进行对齐，从而可在每一表面上标记为“O”的地址上并行地构建出另外十六个装配平台。即，表面A的行1可与表面B的行2对齐，以在表面B的行2上构建装配平台，并且与之并行的是，表面B的行1与表面A的行2对齐，以在表面A的行2上构建装配平台。
一旦图7E的装配迭代完成，每个表面具有已构建的组装平台的两行，其可与以图7F的方式构建其它装配平台并行操作。尤其是，如图7F所示，对已构建的32个装配平台进行对齐，从而可在两表面上标记为“O”的地址上并行地构建出另外32个装配平台。也就是说，使表面A的行2、行1分别与表面B的行3、行4对齐，从而可在表面B的行3、4上构建出装配平台，与此并行的是：表面B的行2、1可与表面A的行3、4对齐，从而在表面A的行3、行4上构建出装配平台。在完成了图7F所示的装配迭代之后，每个表面上都构建出了四行装配平台，然后，这些装配平台可按照图7G所示的方式、平行地工作而构建出另外一些装配平台。具体来讲，如图7G所示，对已经制出的64个装配平台进行对齐，从而可在两表面上标记为“O”的地址上并行地构建出另外64个装配平台。也就是说，表面A的行4-1分别与表面B的行5-8对齐，以在表面B的行5-8上构建装配平台，且与此并行的是：表面B上的行4-1与表面A上的行5-8对齐，从而可在表面A的行5-8构建出装配平台。
一旦完成了图7G中的装配迭代过程之后，就形成了两个完全构建出装配平台的表面。之后，如图7H所示，可将完工后的表面A与另一个表面C对正，从而可在表面C上平行地装配出所有64个装配平台。另外，完工后的表面B也可以与另一表面D(图中未示出)对正，从而在表面D上平行地装配出所有64个装配平台。可以理解：也可以将SRMS设计成能使完工后的表面A和B并行地在新表面C和D上装配另外一些装配平台。因而，如图7A-7H所示，一最佳实施例的SRMS使一装配过程以指数规律进行，从而在n次迭代之后，将复制出O(2n)个装配平台。因而，在一最佳实施例中，能以非常高的效率自复制构建装配平台。
上述的最佳实施例的过程假定印模地址呈现方形阵列，该阵列每一边为2的幂。这样的布置就保证了在每次迭代的开始，各个装配平台所面对的都是一个新的工作地址。但是，应当认识到：在SRMS的优选实施例中也可能会执行其它的装配过程。举例来讲，可能希望在图5、6所示晶片300、350上的弯边区域填设另外一些印模地址，以提高产量，这样的备选设置将导致在某些装配迭代过程中，某些装配平台在平板硅面(或空白区域)的对面。但是，由于装配平台被优选地设计为以开环模式进行工作，所以这样的设计并不会带来问题，其中，在开环模式中，在空白区域对面的装配平台将沿其它装配平台移动，但并不完成任何作业。对于另外的备选布置方式，如要装配出大量的装配平台，将在最小的“N”次迭代之外再需要多次迭代，其中的“N”为一方形阵列所需要的迭代次数。但是，在此情况下，自复制装配平台仍然能高效地完成装配过程。举例来讲，一旦可得到一个完全装配好的晶片后，就可以在一次迭代中装配出一相同的晶片，而不受晶片阵列布局的影响。
如上所述，在一最佳实施例中，设置了一个第一晶片300以及与其相面对的晶片350，其中，晶片300与350互为镜像。应当认识到：在优选实施例中，晶片互为镜像只在完整地构建第一个晶片装配平台的过程中是必要条件。也就是说，一旦第一晶片的装配完成之后，就可以将另一晶片提交给该完工后的晶片，完工后晶片的装配平台将在提交来的晶片上构建出装配平台，而并不需要提交来的装配平台在已完工的晶片上构建装配平台。因而，对于这样的构建过程，坐标系的镜像对称性就不是必要条件了。另外，对于装配平台不是互为镜像的布局，每次迭代过程中只需要向一面晶片提供能量。由晶片搬运机(即平移机)提供的共享自由度将只施用于主动晶片。在该实施方式中，装配平台的增长率为Fibonacci数列。
在一最佳实施例中，SRMS借助于推算定位操作(也就是说：不向控制计算机发送反馈信息)，并采用了面对面的定位装配。假定由SRMS的优选实施例制造出了大量的装配平台，则装配某一个(或某几个)装配平台时的出错几率就增大了。另外，当以指数规律执行装配时，装配过程早期出现的错误将具有很大的破坏性：这是由于每个装配平台将有2n个后代取决于其能否精确工作。因而，希望能在SRMS中对装配平台执行一定形式的测试。这种测试有多种实施方法。在其中的一种测试方法中，两个装配平台进行“握手”联络。每个装配平台的活动将与其相对表面上的“幽灵”的活动镜像对称。如果将控制器设置在两表面的中间位置，控制器将始终能与之彼此接触。一种简单的连续性试验可检查是否是这样。可在多个位置点上对装配平台作“握手”检查，从而确保所有的驱动器都能正常工作。
在通过自复制方法构建出了所需数目的装配平台之后，就可以用装配平台来直接执行其它的某些功用。例如，可用装配平台来构建其它的装置。作为另一个示例，也可以将这些装配平台作为部件添加到更大的装置中。例如，一个机械手可自复制出许多机械手，然后，将这些机械手合并到需要一个或多个机械手的一大型装置中。另外，一旦某个装配平台的晶片构建完成后，就可以将该晶片与一专用晶片配对，然后通过并行装配对该专用晶片进行装配。可针对具体的制造任务对专用晶片进行优化，而该专用晶片是不能进行自复制的。
III.一最佳实施例的MS2R的实施方式
上述对SRMS最佳实施例的描述不涉及其中所用装配平台的类型。可以理解：该制造系统可采用任何能执行自复制的装配平台类型，且诸如此类的设计都属于本发明的范围。最为优选的是：采用一种能推算定位的装配平台，从而在该系统中不需要采用反馈控制。
图8A和图8B表示了一种装配平台的实施方式，其可用在非生物SRMS的最佳实施例中。图8A、8B所示装配平台的实施形式在本文中称为MS2R。如下文将要详细讨论的那样，这样的MS2R可构建为一微机电系统(MEMS)装置，这种装置适于执行微装配作业而制造出一相同的装置。MS2R的这种设计仅作为一个举例，该MS2R所能执行的功能在这种非生物SRMS中可采用其它许多种装配平台实现。
如下文将要详尽讨论的那样，图8A所示的MS2R实施例具有两个转动自由度。但应当理解：可以有多种其它的变形实施方式，以使得制造平台的转动自由度多一些或少一些，且任何这样的实施例都在本发明的范围内。例如，可将制造平台设计成具有三个转动自由度的“MS3R”，或者可以将其设计成只具有一个转动自由度的“MS1R”。
如图8所示，将一MS2R作为装配平台，其包括两个元件：在基底850上的一基础元件800和一个第二(“配对”)元件814。基础元件800包括一个可转动的元件802(例如为一“转盘”)，其与基础元件800的表面可转动地联接。因而，具有转盘802的基础元件800为MS2R提供了一个转动自由度。如上文讨论的那样，在一最佳实施例中，MS2R最好是与一可在三维空间内平移的基底850相联接，其中，在三维空间内平移也即意味着可沿X、Y、Z轴平移，这样就使得MS2R具有三个平移自由度。更具体来讲，MS2R的基础元件800可被联接到基底850上，例如为一晶片。MS2R的元件814还包括一机械手810，其可转动地联接到元件814上。具体来讲，机械手810可与一转盘812相联接，转盘812可转动地联接到元件814上，从而使机械手810具有一个转动自由度。因此，转盘812为MS2R提供了第二个转动自由度。转盘802和/或转盘812并不必须是具有完全的转动自由度(即并不必须是转360度)，而是可这样设计MS2R：使得转盘802和/或装配812只有少量的转动自由度(例如能转180度、90度或其它角度)。在图8A所示的实施例中，转盘802能在图中其对应的位置1和位置2之间转动，类似地，转盘812也可在其对应的位置1和位置2之间转动。最为优选的是：机械手810包括某种类型的“夹钳”，图中表示为夹钳890，其使机械手能抓取一个部件，从而能执行构建一相同MS2R所必要的拾取操作和放置操作。这样的夹钳890可以是任何类型的现有夹钳，或者是在以后出现的夹钳类型，但最好是这样一种夹钳：其公开在由本申请人同时提交的一美国专利申请中，该申请号为[代理人备案号：第50767-P004US-10006225]，名称为“用于微型元件的夹钳及互补型手柄”，该申请的公开内容结合到本申请中作为参考。另外，配对元件814最好包括互补的手柄808，以协助夹钳对配对部件814的抓取(用以将配对元件与基础元件800联接起来)
MS2R能抓取图8B中所示一面对基底表面852上的部件，其将部件抓夹起来，并进行转动(例如转过90度)，且将部件安装到位。例如，要被装配的部件可包括连接器和配对孔，连接器和配对孔例如公开在由本申请人同时提交的美国专利申请：[代理人备案号：第50767-P005US-10006213]，名称为“用于联接微型元件的系统和方法”，该专利申请的公开内容结合到本申请中作为参考资料，其中的技术方案使得各个部件可理想地相互联接起来。例如，在图8A所示的实施例中，配对元件814包括连接器806，通过将该连接器806插入到基础元件800转盘802上的配对孔804中，可将配对元件814联接到转盘802上。另外，如果需要实现电路连接，则连接器806和孔804将是这样的电路连接器：其公开在由本申请人同时提交的美国专利申请：[代理人备案号：第50767-P007US-10009057]，名称为“带缆以及用于微型元件的电路连接器”，该专利申请的公开内容结合到本申请中作为参考资料，其中的技术方案使得各个部件可理想地相互联接起来。
下面是一个示例性的装配次序：首先，可用一外部夹钳抓住手柄808、举起配对元件814、转动配对元件814、并将连接器806插入到配对的孔804中，从而将配对连接器814联接到转盘802上。此时，第一个MS2R的装配就完成了(即完成了图8A所示的MS2R)。图9A是该装配完成后的MS2R的示例性俯视图，图9B是装配完成后MS2R的示例性侧视图。如图9B所示，最好是用元件814的连接器806、通过转盘802来将元件814与基础元件800相联接。可以理解：该第一MS2R的装配可以由人工来完成，和/或用某种其它的机械装配装置。
一旦该第一MS2R装配完成后，就可以将其转动或执行其它定位，而使其面对着另一基底，该基底例如为图8B所示的基底852，其上设置有装配另一个MS2R所必需的部件。因而，例如可将图8A所示的第一MS2R定位成这样：使得基础元件800的前面面对着图8B所示的基础元件820和配对元件822。第一MS2R的转盘802转到其位置2，且将第一MS2R平移，以将机械手810的夹钳890与元件822的手柄824对齐。机械手810的夹钳890与手柄824接合，从而可抓起元件822。然后，第一MS2R的转盘812转过约90度而到达其位置2处，从而可使抓起的元件822转动。然后，第一MS2R平移而将被抓起元件822的连接器826与元件820转盘803上的配对孔828对齐，之后，第一MS2R平移而将连接器826插入到配对孔828中，从而将元件822和820联接起来。然后，机械手810的夹钳890放开被抓着的元件822的手柄824，这样就完成了将元件820和822装配成一相同的第二MS2R的过程。然后，该第二MS2R用其元件(例如其带有夹钳892的机械手)以类似的方式装配出另一个MS2R。因此，该MS2R装配平台通过装配出一个相同的装配平台而实现了自复制。
尽管在上文介绍了MS2R的一种实施例，但转动自由度多于两个或少于两个的制造平台都属于本发明的保护范围。例如，如果将要被装配的元件布置为合适的状态，用仅有一个转动自由度的MS1R就能实现自复制。
如上所述，在一优选实施例中提供了一种SRMS，其采用定位装配的形式。因而，在可接受的误差限度内，将要被装配成装配平台的部件设置在一表面内的适当位置上(例如设置在一晶片的印模地址上)。在一最佳实施例中，这些部件被制造和/或布置在印模地址上。其中，可采用授予Muller等人的、名称为“微通道元件及其制造方法”的美国专利4740410中所公开的制造过程；和/或公开在授予Chris Keller的、名称为“用于制造高垂直外形比薄膜结构的方法”的第5660680号美国专利中的制造过程；以及公开在授予Chris Keller的、名称为“多层高垂直外形比薄膜结构”的第5645684号美国专利中的制造过程。下面将结合图11更为详细地描述一种可采用制造过程的最佳实施例。下面描述的示例性制造过程能使得MEMS元件成为完全可脱离的(例如能与基底或晶片完全脱开)，且使这些MEMS元件具有电绝缘性。
参见图11，下面将描述该示例性的制造过程，其中提供了一基底，其例如是一硅晶片1002。在晶片1002上首先淀积一牺牲去除底层1004，该底层包括二氧化硅。之后，再淀积一导电基层，其最好包括低应力的多晶硅，从而形成一多晶硅基层。然后，再淀积一层绝缘材料—例如为氮化硅，从而用该绝缘材料罩封住导电基层。之后，再对绝缘材料和导电基层进行布图设计(例如用通常的平板印刷技术)，该布图设计例如会造成两分开的导电基层1008和1010分别被绝缘层1012和1014所罩封。在对绝缘层进行布图设计时，例如在绝缘材料1014的1016处形成一个孔洞，用于接近导电基层。然后再淀积一层牺牲去除材料(例如二氧化硅)，而形成一牺牲去除层1，在图11中标记为层1006。然后对牺牲去除层1进行布图，之后再淀积一导电层(例如多晶硅)，此层被称为“多晶硅1”层或“P1”层。
然后对新淀积的导电层进行布图，该过程例如会形成分开的P1元件1020、1024和1026。然后再淀积另一层牺牲去除材料(例如为二氧化硅)，而形成一牺牲去除层2，在图11中标记为层1018，然后对牺牲去除层2进行布图，之后再淀积另一导电层(例如多晶硅)，此层被称为“多晶硅2”层或“P2”层。然后对新淀积的导电层进行布图，该过程例如会形成分开的P2元件1028和1030。之后，可淀积一层导电性非常好的材料(例如为金)，并进行布图而例如形成金层1032和1034。当然，可以按照类似的方式形成任何个连续的层。最后，通过将牺牲去除层1和2以及牺牲去除底层暴露到一种去除剂中—例如为氢氟酸(HF)中，而显形出元件。因而，用这种过程制出的MEMS元件可与晶片完全分离开，并具有电绝缘性。应当认识到：在备选的实施例中，也可以用现有或以后出现的任何制造方法或布置方法来在表面的适当位置上制出和/或布置部件。
上述的最佳实施例是以MS2R作为装配平台。但是，应当理解的是：本发明的SRMS并不仅限于以MS2R作为装配平台的实施例。而在可选实施例中可采用任何的装配平台，且这些实施例都属于本发明的范围。另外，上述的最佳实施例是以指数增长率复制装配平台的。例如，在一实施例中，在SRMS中是以Fibonacii数列的规律对装配平台进行复制的，而在另一实施例中，在经过n次迭代之后，装配平台的复制数目将为O(2n)。但是，应当认识到：本发明的SRMS并不仅限于这些装配平台以指数规律增长的实施例。而是可以有很多种装配平台不按照指数规律增长的实施例，且这样的实施例也都是在本发明的范围内。作为一个举例，可以设计成：各装配平台依次地只构建出单个相同的装配平台。
在上述的一优选实施例中，装配平台执行推算定位操作来构建相同的装配平台(即执行复制)。例如，装配平台可从一控制计算机接受装配指令，且该装配平台在不向控制计算机发送反馈信息的情况下构建出相同的装配平台。但是，应当认识到：本发明的SRMS并不仅限于其中的装配平台执行推算操作的实施例。而是可以有多种形式的实施例，这些实施例能使装配平台在构建相同装配平台的过程中向控制计算机发送某种反馈信息，任何这样的实施例都应被看作是在本发明的范围内。
在上述的一优选实施例中，小尺度(例如在微米尺度或纳米尺度上)的装配平台构建出相同的装配平台(即其它的微米尺度或纳米尺度装配平台)。但是，应当认识到：本发明的SRMS并不仅限于其中的小尺度装配平台执行小尺度操作(例如，微米装配操作或纳米装配操作)的实施例。可以有多种形式的实施例，这些实施例中，装配平台的尺寸是任意的，且用任意尺寸的部件构建相同的装配平台，这些实施例都应当属于本发明的范围。
在SRMS上述的一优选实施例中，使得装配平台能构建其它的相同装配平台。应当认识到：并不需要将SRMS设计成使装配平台构建完全相同的装配平台。SRMS的该优选实施例可提供一种通用的制造系统，其能装配出专用制造系统。该专用制造系统可以与该通用制造系统完全相同(即实际上称为另一“通用”制造系统)，或者可以与通用制造系统不同。例如，SRMS的一优选实施例可被设计成这样：使装配平台可进行多代生长，在此过程中，第一代装配平台装配出一第二代装配平台(或后代装配平台)。之后，该后代装配平台进一步装配出更后一代的装配平台，以此类推。可以理解：各代装配平台可以是完全相同的。但是，在某些实施方式中，各代装配平台也可以是“相似”的装配平台，没有必要完全相同。例如，其中某一代或多代装配平台的尺寸可以与早先几代的尺寸不同。举例来讲，第一代装配平台所装配出的第二代装配平台可以是第一代的微缩版，也可以是第一代的放大版。作为另一举例，其中某一代或某几代装配平台可以与早先几代装配平台完全不同。举例来讲，初始装配平台(即第一代装配平台)可在某些方面与其后代装配平台不同。作为一个举例，初始装配平台可以具有相对较大的尺寸，但却可以构建出小一些的装配平台，其反过来又能构建出更小的装配平台。作为备选方案，在最后一代装配出的平台可能不能构建出其它代的装配平台，但这是一项有一定用处的功能。例如，可使每一代依次缩小，从而使最后一代的尺寸小到不能构建出更小的后代，但该最后代却具有理想的尺寸以及一定的其它功能。进一步备选的方案是：装配平台的X代可能会制造出装配平台的Y代，其中，Y代装配平台的特征在于其能有效地构建出一专用的最终产品，但却不适于有效地构建X代的通用装配平台。上述的构建原理是否适于装配平台执行与装配平台的各代是否完全相同无关。举例来讲，SRMS可被设计成以指数规律增长，而不论各代装配平台是否完全相同。
此外，应当认识到：每个装配平台实际上都可包括多个装配平台(或多个“亚装配平台”)。因而，多个装配平台可共同工作而构建出另外的装配平台，该装配平台也包括多个亚装配平台。举例来讲，装配平台中的每个亚装配平台可装配另一装配平台上的一部分。例如，一第一装配平台包括两个亚装配平台A和B。亚装配平台A的作用是在一相对表面上装配出一亚装配平台B，亚装配平台B的功能是在该相对表面上装配出一亚装配平台A，这样，就形成了一个包括亚装配平台A和B的第二装配平台。
在上述的最佳实施例中，装配平台是用平板印刷制造的部件构建出相同或不相同的装置。但是，应当认识到，本发明的SRMS并不仅限于这样的实施例：装配平台对平板印刷制出的部件执行小尺度的装配操作。而是可以有其它多种实施方式，从而使得装配平台能用某些部件构建出相同或不相同的装置，其中的那些部件是用已知的其它任何工艺或以后将要出现的工艺制造出来的，这些工艺包括(但并不限于此)：生物化学(例如自装配的单分子层)、分子互补(例如固态核苷酸结构)或机械装置，且这样的实施例都属于本发明的范围。
尽管在上文对本发明及其优点进行了描述，但需要理解：可以有多种形式的改变、替换和变型，且它们都不超出由所附权利要求确定的本发明范围。另外，本发明的范围并不应当被限定于说明书中所描述的具体工艺、机器、制造、事件组成、装置、方法以及步骤。由于本领域技术人员从本发明的公开内容可很容易地领会出：根据本发明，可采用现有技术中存在的或以后将要出现的工艺、机器、制造、事件组成、装置、方法或步骤，且它们基本上能实现与所述实施例相同的功能或达到基本相同的技术效果。因而，权利要求书涵盖的范围应当包括这些工艺、机器、制造、事件组成、装置、方法或步骤。

Claims (94)

1.一种制造方法，其包括步骤：
设置一第一表面，其上具有至少一个初始装配平台；
设置一第二表面，该表面具有用于构建至少一个其它装配平台的部件；以及
促使所述至少一个初始装配平台用所述第二表面上的部件构建至少一个相同的装配平台。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述部件是预先布置到所述第二表面上的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
在所述第一表面上构建所述初始装配平台。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一和第二表面是晶片。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：每个所述晶片上都具有至少一个印模地址，在该印模地址上预设置了所述部件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的相同装配平台是具有至少一个转动自由度的装配平台。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的相同装配平台具有至少两个转动自由度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述初始装配平台是具有至少一个转动自由度的装配平台。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述初始装配平台是具有至少两个转动自由度的装配平台。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述促使步骤还包括：
从一控制计算机向所述至少一个初始装配平台传递指令的过程。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述指令的传递是通过无线电传递结构完成的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述控制计算机与一特定装配平台相关联，用于只向所述的特定装配平台传递所述指令。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述的至少一个初始装配平台利用推算定位操作构建出所述的至少一个相同装配平台。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述推算定位操作包括以下操作：不从所述至少一个初始装配平台向所述控制计算机发送反馈信息。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述至少一个初始装配平台在构建所述至少一个相同装配平台的过程中向所述控制计算机发送反馈信息。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述反馈信息包括传感器驱动型反馈信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述传感器驱动型反馈包括由位置传感器驱动的反馈信息。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括步骤：
平移至少一个所述第一、第二表面，使它们产生相对平移。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述平移操作同时使所述第一和第二表面中的至少一个的所有装配平台都相对于第一和第二表面的另一表面产生平移。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述第二表面上的至少一个装配平台用所述第一表面上的部件在第一表面上构建至少一个相同的装配平台。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述第一表面上的所述部件是预先设置在第一表面上的。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述第一表面上的至少一个装配平台用所述第二表面上的部件在第二表面上构建至少一个相同的装配平台，并促使所述第二表面上的至少一个装配平台用所述第一表面上的部件、以往复方式在第一表面上构建至少一个相同的装配平台。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述第二表面上的所述至少一个装配平台用所述第一表面上的部件在第一表面上构建至少一个相同的装配平台，且与之并行地促使所述至少一个初始装配平台用所述第二表面上的部件构建出至少一个相同的装配平台。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述装配平台以指数规律执行复制。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述装配平台按照斐波纳契(Fibonacci)数列规律执行复制。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述装配平台以这样的方式进行复制：n次重复装配之后将产生大约2n个装配平台。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述装配平台是一微米尺度的装配平台。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述装配平台是从一组装配平台中选出的，这组装配平台包括纳米尺度的装配平台和分子尺度的装配平台。
29.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述装配平台是一MEMS装置。
30.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述部件是微米尺度的部件。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于还包括步骤：
利用平板印刷工艺制造所述部件。
32.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
制造所述部件的工艺是从一组工艺中选出的，这组工艺包括：平板印刷、自装配、分子互补以及机械工艺。
33.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述部件是从一组部件中选出的，这组部件包括纳米尺度部件和分子尺度部件。
34.根据权利要求1所述的方法，其特征在于设置步骤包括：
使所述第一、第二表面相互面对，其中第一、第二表面被设置成互为镜像。
35.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
促使所述至少一个相同装配平台构建至少一个不相同的装置。
36.一种非生物自复制制造系统，其包括：
一平移机，其能使至少一个第一表面相对于至少一个第二表面发生相对平移，其中，所述的至少一个第一表面上具有至少一个装配平台，且所述的至少一个第二表面上包括设置在其上的部件，这些部件用于构建出至少一个另外的装配平台；以及
一控制系统，用于控制所述平移机的工作，并控制所述的至少一个装配平台，以促使所述的至少一个装配平台用所述第二表面上的所述部件构建出至少一个其它的装配平台。
37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于：所述的至少一个其它装配平台是相同的装配平台。
38.根据权利要求37所述的系统，其特征在于：所述的相同装配平台与所述至少一个装配平台完全相同。
39.根据权利要求37所述的系统，其特征在于：所述的相同装配平台是所述至少一个装配平台的镜像。
40.根据权利要求37所述的系统，其特征在于：所述的相同装配平台是所述至少一个装配平台的微缩版。
41.根据权利要求37所述的系统，其特征在于：所述的相同装配平台是所述至少一个装配平台的放大版。
42.根据权利要求36所述的系统，其特征在于：所述部件是从一组部件中选出的，这组部件包括微米尺度的部件、纳米尺度的部件以及分子尺度的部件。
43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于：所述部件是基于平板印刷的部件。
44.根据权利要求36所述的系统，其特征在于：所述至少一个装配平台是微米尺度的装配平台。
45.根据权利要求36所述的系统，其特征在于：所述至少一个第一表面上的所述至少一个装配平台与该至少一个第一表面上其它任意的所述至少一个装配平台共同享有相对所述至少一第二表面的转动自由度。
46.一种用于制造装配平台的方法，其包括步骤：
为至少一第一装配平台组在一第一表面上提供至少一第一组部件；以及
促使所述至少第一装配平台组用所述的至少第一组部件构建至少一第二组相同的装配平台。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述的第一装配平台组位于一第二表面上。
48.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述的至少第一组部件预先布置在所述第一表面上。
49.根据权利要求46所述的方法，其特征在于还包括步骤：
为所述的至少第二组相同的装配平台在一第二表面上提供至少一第二组部件；以及
促使所述至少第二组相同装配平台用所述的至少第二组部件构建至少一第三组相同的装配平台。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：所述的至少一第二组部件是预置在所述第二表面上的。
51.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：所述的至少一第二装配平台组是位于所述第一表面上。
52.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：所述第一、第二表面是同一基底的两个表面。
53.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：所述至少一第一装配平台组位于所述第二表面上，且所述至少一第二装配平台组位于所述第一表面上。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于：所述至少一第三装配平台组位于所述第二表面上。
55.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：所述的第一、第二、第三装配平台组都至少包括一个装配平台。
56.根据权利要求49所述的方法，其特征在于还包括步骤：
在执行所述如下操作的同时：为所述的至少第二组相同的装配平台而在一第二表面提交至少一第二组部件、并促使所述至少第二组相同装配平台用所述的至少第二组部件构建至少一第三组相同的装配平台，为所述的至少第一装配平台而在所述第一表面提交至少一第三组部件、并促使所述至少第一组相同装配平台用所述的至少第三组部件构建至少一第四组相同的装配平台。
57.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述至少一第二组相同的装配平台与所述至少一第一组装配平台完全相同。
58.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述至少一第二组相同的装配平台是所述至少一第一组装配平台的镜像。
59.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述至少一第二组相同的装配平台是所述至少一第一组装配平台的微缩版。
60.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述至少一第二组相同的装配平台是所述至少一第一组装配平台的放大版。
61.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述至少一第一组部件是从一组部件中选取的，这组部件包括微米尺度部件、纳米尺度部件以及分子尺度部件。
62.一种非生物自复制制造系统，其包括：
一第一表面，其上具有至少一个第一代装配平台，其中所述的至少第一代装配平台包括至少一个装配平台；以及
一控制系统，其能促使所述至少一个第一代装配平台用第二表面上的部件构建出至少一个第二代装配平台。
63.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台包括至少一个装配平台。
64.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一个第二代装配平台与所述的至少一第一代装配平台完全相同。
65.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台是所述至少一第一代装配平台的镜像。
66.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台是所述至少一第一代装配平台的微缩版。
67.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台是所述至少一第一代装配平台的放大版。
68.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述部件是预先布置在所述第二表面上的。
69.根据权利要求68所述的系统，其特征在于：所述控制系统可促使所述至少一第一代装配平台执行定位装配，而构建出所述的至少一第二代装配平台。
70.根据权利要求69所述的系统，其特征在于：所述控制系统是可操作的，以促使所述至少一第一代装配平台构建出所述的至少一第二代装配平台，而无需从所述初始的那一代装配平台向所述控制系统反馈信息。
71.根据权利要求62所述的系统，其特征在于还包括：
所述控制系统可促使所述至少一第二代装配平台用一第三表面上的部件装配出至少一第三代装配平台。
72.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述第三表面与第一表面是同一基底的两面。
73.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台与所述至少一第一代装配平台是完全相同的。
74.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台与所述至少一第一代装配平台互为镜像。
75.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台是所述至少一第一代装配平台的微缩版。
76.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台是所述至少一第一代装配平台的放大版。
77.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述至少一第一代装配平台中的每个装配平台都包括多个亚装配平台。
78.根据权利要求77所述的系统，其特征在于：所述多个亚装配平台中的第一个亚装配平台能在所述第二表面上构建出一第一亚装配平台，且所述多个亚装配平台中的第二个亚装配平台能在所述第二表面上构建出一第二亚装配平台。
79.根据权利要求78所述的系统，其特征在于：所述至少一第二代装配平台中的一个装配平台包括位于所述第二表面上的所述第一和第二亚装配平台。
80.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述部件是从一组部件中选出的，这组部件包括微米尺度部件、纳米尺度部件以及分子尺度部件。
81.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述部件预先布置在所述第二表面上，从而可执行定位装配。
82.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述第一、第二表面是晶片。
83.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述控制系统包括一计算机系统。
84.根据权利要求62所述的系统，其特征在于：所述控制系统包括一微控制器。
85.一种制造装配平台的方法，其包括步骤：
设置一第一表面，该表面上具有至少一个装配平台；
促使所述的至少一个装配平台用一第二表面上的部件构建出至少一个另外的装配平台。
86.根据权利要求85所述的方法，其特征在于：所述部件预先布置在所述第二表面上。
87.根据权利要求85所述的方法，其特征在于：所述至少一个另外的装配平台是一个相似的装配平台。
88.根据权利要求85所述的方法，其特征在于：所述至少一个另外装配平台是与所述至少一装配平台完全相同的装配平台。
89.根据权利要求85所述的方法，其特征在于：所述至少一装配平台包括至少两个亚装配平台。
90.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：所述第二表面上预先布置有部件，用于构建至少两个亚装配平台。
91.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：所述至少一个另外装配平台包括至少两个亚装配平台。
92.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：所述至少两亚装配平台是不相同的亚装配平台。
93.根据权利要求89所述的方法，其特征在于：所述至少两亚装配平台是相同的亚装配平台。
94.根据权利要求85所述的方法，其特征在于：所述部件是从一组部件中选取的，这组部件包括微米尺度部件、纳米尺度部件以及分子尺度部件。
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