JP6046645B2 - 分散型マイクロクラスタのための耐故障性制御システム - Google Patents
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Description
本願は、2009年9月3日付けで出願された米国仮特許出願第61/239,446号、2009年11月27日付けで出願された米国仮特許出願第61/264,778号、2010年1月19日付けで出願された米国仮特許出願第61/296,198号、2011年3月2日付けで出願された米国仮特許出願第61/448,621号、および2010年9月3日付けで出願されたPCT国際出願第US2010/002428号を参照するものであり、これらの開示内容は参考にここに一体のものとして統合される。本願は、2011年3月2日付けで出願された米国仮特許出願第61/448,621号に基づく優先権を主張するものである。
本願明細書は、ガス推進システムを制御するための方法および装置、ならびに真空形成、ガス圧縮、およびその他の利用に関するものである。
好ましい実施形態で、分散型スラスタの一例は、本明細書で説明するナノ分子固体電気力学的スラスタ(Nano Molecular Solid-state Electrodynamic Thrusters:NMSET)と呼ぶことができるデバイスである。NMSETの動作の基礎は、NMSETを利用する態様に応じて、推進、接着、圧縮および冷却といった複数の分野にNMSETを応用することを可能とする。好ましい実施形態で、NMSETおよび関連する分散型スラスタデバイスは、調整可能な流速を用いて、軽量かつコンパクトで、エネルギ効果的なガス圧力差を作り出す。
幾つかの実施形態で、NMSETのような分散型スラスタは、ガス推進の分野で下記の複数の改良点の1つ以上を提供できる。
1.改良した弾性:従来のガス推進システム内の任意の領域に対する損傷は、システム全体の故障につながる可能性があった。分散型スラスタは、向上した冗帳性(redundancy)とロバスト性を提供する。
2.軽量:電気駆動される分散型スラスタは太陽電池薄膜を利用でき、その場合燃料負荷がなくなる。さらに、分散型スラスタシステム内の各スラスタは局所的なガス圧力差を作り出すので、このようなガス推進システムの構造的完全性を維持するために、この局所的な影響により、同じガスフロー体積を生成する非分散型ガス推進システムで通常必要とされるであろうものより小さいか、または軽い装置が必要となることがある。
3.スケーラビリティ:従来のガス推進システムを容易に拡大縮小する(scale)ことはできない。小型の航空機に最適なターボジェットは、大型の航空機に最適なターボジェットを縮小したものではない。分散型スラスタは、拡大縮小が容易である。なぜなら、スケーリングは、個々のスラスタ寸法をほぼそのままにして、まずスラスタの量を変化させるからである。
4.応答時間:より小型の推進力生成デバイスは、より高速で取り込み(spool up)と送り出し(spool down)を行う。分散型スラスタガス推進システムから得られる推進力は、ニーズの変化に応じて容易に調節できる。
5.電力非依存性(power independence):従来の推進システムの多くは、動作するために特定のタイプまたはクラスの燃料を必要とする一方で、例えばNMSETのような分散型スラスタの幾つかの実施形態は、電気が作る温度差源のみを必要とする。
6.グリーン推進:分散型スラスタの幾つかの実施形態、例えばNMSETの幾つかの実施形態は、動作に電気入力を必要とし、化石燃料を必要としない。それゆえ、必要とされる電流を生成する無公害の方法を使用する場合には、通常の動作中に汚染排気ガス(例えば、一酸化炭素、窒素酸化物等)は生成されない。
幾つかの実施形態で、例えばNMSETのような分散型スラスタは、吸引を通じて面に接着する軽量の機械的接着材として使用できる。接着を解消する(reverse)ために必要である唯一のステップは、幾つかの実施形態においてシステムに加わる電力をカットすることであるので、当該プロセスは可逆的とすることができる。このようなシステムの使用は、当該システムが、接着されて平坦性や導電性を有するような材料を必要とせず、また残渣を残さない点で、静電接着を上回る利点を提供できる。他の機械的な接着プロセスと比較すると、このようなシステムの使用は、接着面の前処理を必要としないであろう。
例えばNMSETのような分散型スラスタは、表面を流れるガスフローを駆動するように配列できるので、加圧型容器のすべてまたは一部がガス圧縮を提供するように機能してもよい。したがって、幾つかの配列では、分離したポンプ容器(containment)と加圧型容器は必要とされないことがある。さらに、一般に、このようなシステムの動作は短い距離にわたって生じるので、幾つかの実施形態では、複数段の分散型スラスタを積層することにより、充分にコンパクトな圧縮機として当該システムを使用できる。従来のガス推進システムは、典型的にセンチメートルの長さスケール、ときにはメートルの長さスケールで動作する。このように、従来の推進システムを積層することは、複雑で高価となる傾向がある。対照的に、分散型スラスタは、より小さいスケール、例えばマイクロメートルで動作するように包装できる。さらに、このようなシステムの汎用性は、高圧ポンプや標準の大気ポンプ(atmospheric pump)として、あるいは充分な数の段を用いて高真空ポンプとして機能するように、当該システムを容易に構成できることを意味する。
一態様および実施形態で、NMSETおよび本明細書で説明する、関連する幾つかのデバイスは、システムに接触しているガス中でのエントロピーを低下させることにより機能すると考えることができる。このようなデバイスは、必要に応じて、システムの非効率性を通じて失われたエネルギに加えて、例えば熱エネルギをガスに追加できる。別の態様および実施形態で、NMSETおよび関連する幾つかのデバイスの形状は、ガスフローの向きと使用の利便性に影響を与えうる。さらに、NMSETおよび関連する幾つかのデバイスの実施形態は、スケールパラメータの併用、有利な分子反射特性、形状、設計、効率性の大幅な増加を与えるエレメントの構造と配列、および/またはより高い周囲圧力で動作し、かつ/またはより大きい流速を作り出す能力により、従来の熱遷移デバイス(thermal transpiration)等と区別できる。好ましい実施形態で、最小限の熱力学的損失である特定の方向で強いガスフローを作り出すことができ、かつ/または、より大きい周囲圧力で動作でき、かつ/または、より大きい流速を作り出すことができる、これらおよび他のパラメータの説明と併せて、NMSETの種々の例示的な実施形態について、本明細書で説明している。
1.ヒートポンプ100が大きい場合、ヒートポンプ100のy方向に沿った並進運動により、ガスは強制的にヒートポンプの縁を一周して流れる。
2.熱の大部分は、ガスの対流を通じてヒートポンプ100の表面から伝達される。
3.表面近くのガスは、断熱効果を有する。図2に示すように、ヒートポンプ100とガスとの間の運動量の移動は、板の縁の近傍を除いて効果的でない。
4.ヒートポンプ100の表面積は、その凸包(convex hull)の表面積である。
NMSETまたは関連するデバイスの多くの異なる形状が可能であるが、NMSETの動作原理は同一のままである。いずれかの特定の理論に限定されることは望まないが、動作は、エネルギを使用して、幾つかのデバイス表面でのエントロピーを低下させ、低下したエントロピーを表面に接触するガスに伝達する。デバイスは、ガス温度を上昇させることにより、必要に応じてガスにエネルギを提供できる。それゆえ、NMSETの機能は3つの領域に分割できる。すなわち、デバイス表面でエントロピーを低下させる手段と、低下したエントロピーをガスに伝達する手段と、ヒートポンプのカルノーサイクルの非効率性以外の方法によってガスの温度を上昇させるオプションの手段とである。
NMSETまたは関連するデバイスが動作するためには、材料層の間の温度差、より正確には対向する2つの面の温度差が一般に必要とされる。本明細書で説明する好ましい実施形態では、固体電気力学的メカニズム、すなわちNMSETの「SE」において、温度差を確立できる。しかし、本明細書で説明するデバイスと方法は、電子デバイスや純粋な固体デバイスに限定されない。例えば、流体冷却剤、発熱化学反応または他の化学的熱源を使用して、燃焼からの熱伝導により温度差を確立してもよい。以下で説明するように、単純な抵抗加熱、ペルチェ効果、熱電子放出(thermoionic emission)、熱トンネル効果による改善された(thermo-tunneling enhanced)ペルチェ効果、または他の任意の好適な手段により温度差を確立してもよい。二物体間に温度差を確立する手段は、2つの特性により現象学的に説明できる。すなわち、エントロピーの減少(二物体間での熱伝達)と非断熱性(環境と二物体との間での全熱伝達)である。
一態様で、全推進力の生成は、確立された温度差からガスへの減少したエントロピーの伝達であると考えることができる。理論に縛られることは望まないが、断熱処理として、ガス中で動作する単一のデバイスについて考える。この例では、ペルチェ効果等の好適な手段により、高温層(hot layer)と低温層(cold layer)との間の温度差を確立できる。簡単にするために、ガスとデバイスとの間で正味の熱は伝達されないと仮定する。ガス粒子は、高温層と低温層に等確率で衝突することになり、ガス粒子とこれらの層との相互作用は、高温層と低温層の表面近傍で、ガスの局所的な運動量空間に影響を与えることになる。ガスと表面が異なる温度を有する場合、高温層と低温層の表面に充分に近接したガスの局所的な運動量空間は、ゼロでない期待値を有する。また、どのガス粒子も表面を貫通しないと仮定すると、ガス粒子は入斜運動量と異なる運動量を持って表面から跳ね返り、表面法線に沿って運動量空間を歪ませる。歪みの大きさは表面とガスとの間の温度差に直接に関係する。
表面間の相互作用は、運動量空間変換行列Aに影響を与えうる。ガス粒子を介して近接表面が容易にフォノンを交換できる場合、これらの表面でのエントロピーは、渦の成長を通じてフォノンを容易に交換できない表面よりも高速で、局所的に増加することになる。一般に、これがシステムの効率性を低下させることになる。
(モデリング)
特定の形状を有するNMSETの性能は、最適化のためのモンテカルロ法によりシミュレートできる。具体的には、任意の所定形状を有するNMSETまたは関連するデバイスについてのシミュレーションが、デバイス周辺でランダムな初期位置と初期運動量を有するガス粒子のグループから開始する。短い時間間隔の後、既知の物理法則、例えば温度や圧力、化学的同一性、デバイスの形状、デバイス表面とガス粒子との間の相互作用等のパラメータを使用して、これら粒子の位置と運動量を初期位置と初期運動量から計算する。シミュレーションは、選択された反復回数繰り返され、シミュレーションの結果が分析される。デバイスの形状は、シミュレーション結果を用いて最適化できる。好ましい実施形態では、シミュレーション分析の結果を用いてデバイスを構成する。
1.CO2やH2Oのような、最大3原子を含む幾つかの実施形態での分子ダイアグラム。
2.構成分子についての部分的な濃度。
3.ガス全体の初期温度と初期圧力。
以下、形状の異なる4つの実施形態について特に説明する。これら4つの形状を、直線形状、放物線形状、三角形状および鋸歯形状と呼ぶ。本明細書で説明するNMSETおよび関連するデバイスの形状は大きく変化することがあり、これらの例は、システムの効率性に対する或る設計上の選択の影響を説明するための図面としてのみ解釈するべきであることに留意する必要がある。
図19は、直線形状を有するNMSETまたは関連するデバイス1900の一実施形態を示す。この実施形態で、デバイス1900は、高温層1902と低温層1901とを備える。用語「高温層」(hot layer)と低温層(cold layer)は、これらの層の間に温度差があることを意味しており、NMSETまたは関連するデバイスが浸漬しているガスより「高温層」が必ず高温であること、あるいは当該ガスより「低温層」が必ず低温であることを意味するのではない。少なくとも1つの直線形状を有するスルーホール1910がデバイス1900の全層を貫通して延び、好ましくは各層の組について同一の断面形状と大きさを有する。直線形状を有するスルーホール1910は、円状、スリット状およびくし状といった任意の断面形状を有することができる。
図7は、放物線形状を有するNMSETまたは関連するデバイス700の一実施形態を示す。この実施形態では、高温層702と低温層701とが交互に積層される。図面で、各高温層702と低温層701は、直線状のスルーホールを有する。すべてのホールは整列している(aligned)。各高温層702でのホールは、すぐ上の低温層701でのホールと同じ大きさを有し、すぐ下の低温層701でのホールよりも小さい。各低温層701は、直接に隣接した高温層702よりも低温で、各高温層702は直接に隣接した低温層701よりも高温である。各高温層702の、−y方向に表面法線を有する表面702aが露出する。すべてのホールは、まとめて放物線表面の輪郭を有するノズルを形成する。この形状は、高温層と低温層との間の共有のベースを最小化する。しかし、NMSETまたは関連するデバイスは、ガスのエネルギを充分に増加させなくてもよいので、ホールの直径を増加させることにより、ガス圧力が縁部で降下することがある。これは、下側の開口付近で強い渦を作り出し、全体の効率性を低下させる可能性がある。放物線形状を有するNMSETは、断熱または定圧とすることが可能だが、これら両方とすることはできない。放物線形状を有するNMSETまたは関連するデバイス内でのガスフローの近似を図8に示している。ガスの運動量空間は、運動量の期待値が−y方向を向くように歪んでいる。
図9に詳細に示した三角形状は、断熱フローのための放物線形状の部分的な最適化である。この場合、ガスは充分に膨張して大規模な渦生成を引き起こす過程を経ることがないようになっている。さらに、開口部は大きさを変更させないので、このような三角形配列は容易に積層できる。
図11は、鋸歯形状を有するNMSETまたは関連するデバイスの積層体1100を示す。積層体1100内の各デバイスは、厚さthを有する高温層1102と厚さtcを有する低温層1101とを備える。低温層1101と高温層1102との間の温度差は、ペルチェ効果またはヒートポンプ等の他の任意の好適な手段により確立できる。各デバイスは、スルーホール1103を有する。図示したデバイスで、各スルーホール1103は、低温層1101側の入口で面取り部11031を有し、高温層1102側の入口で面取り部11032を有する。面取り部11031とスルーホール1103の中心軸との間の角度はθ1であり、面取り部11032とスルーホール1103の中心軸との間の角度はθ2である。θ1とθ2の合計は、好ましくは75°から105°であり、より好ましくは85°から95°であり、さらに好ましくは88°から92°である。tcのthに対する比は、θ1のコタンジェントのθ2のコタンジェントに対する比にほぼ等しい。θ2は、好ましくは70°から85°である。
(内部ペルチェ)
一実施形態によれば、デバイス形状における各エレメントは、粒子誘導デバイスとして、また、エントロピー減少装置(reducer)として機能する。ペルチェ素子では、加熱プレートと冷却プレートは、ペルチェ係数が異なる材料から作られる。電流は、加熱プレートと冷却プレートとの間を流れるようになっている。この電流の流れは、ペルチェ熱を運搬し、デバイスを動作させるのに必要となる温度差を確立させる。幾つかの実施形態では、圧電スペーサをデバイスエレメント間に配置して、それらの間の分離ギャップを維持できる。
別の実施形態では、電界増強された熱電子放出により、温度差を生成できる。図19に示すように、電界は、低温層1901から熱放出された複数の電荷キャリアが低温層1901から高温層1902に熱を運搬するように、層1901と層1902との間に確立できる。
別の実施形態では、NMSETまたは関連するデバイスに対して外部に存在するペルチェ素子のようなヒートポンプにより、温度差を生成できる。図15と16に詳細に示すように、この市松模様状(checker board fashion)に配列されたペルチェ素子(図示せず)は、界面層1510と1520を介して、NMSETまたは関連するデバイスの積層体1500に熱的に結合される。
さらに別の実施形態によれば、任意の好適な熱源および/またはヒートシンクにより、温度差を確立できる。熱源は、例えば、電界増強熱電子放出、抵抗加熱器、化学反応、燃焼、および/または明るい光の直接照明、または、他の形態の放射線であってもよい。このような実施形態の図を図17に示す。示した実施形態で、加熱表面1702は、抵抗加熱材料、または放射加熱を効果的に受けることができる材料とすることができる。外部の非ペルチェヒートポンプは、ペルチェ素子のような内蔵式のヒートポンプを必要としないので便利である。幾つかの用途では、まず放射線を電気に変化するのでなく、加熱表面を例えば太陽等の放射線源の方向へ向け、さらにペルチェ素子を駆動させることは便利であろう。あるいは、NMSETまたは関連するデバイスの高温層と熱をやりとりする熱吸収表面の方向へ放射線源を向けてもよい。しかし、外部の非ペルチェヒートポンプでは、NMSETまたは関連するデバイスが確実に過熱されないように注意することが好ましい。
NMSETおよび関連するデバイスは、広範囲の材料で構成できる。種々の態様において、材料の特性は、好ましい形状と組み合わせて利用できる。
図20に示す一実施形態によれば、NMSETまたは関連するデバイスを製造する方法は、以下の工程を含む。
(a)例えばアモルファスシリコン、結晶シリコン、セラミックのような好適な基板2001を設ける工程。基板2001は好ましくは500ミクロンから1500ミクロンの厚さを有する。しかし、これより薄い基板または厚い基板も可能である。
(b)主として犠牲層であり、好ましくは電気絶縁体、例えば二酸化ケイ素等である第1層2002を堆積させる工程。第1層2002は、好ましくは200nmから50ミクロンの厚さを有する。しかし、これより薄い層または厚い層も可能である。さらに、基板のウインドウ2001aの面積に応じて、この層が調整可能な応力レベルを有することは好都合である。例えば、1cm2の基板ウインドウ2001aの場合、SiOxNyを用いた60MPaの引っ張り強度での結果が成功であった。
(c)フォトリソグラフィと第1層2002のエッチングにより、第1層から、例えば帯状(strip)、正方形、円等任意の好適な形状の分離した島状部のパターンを形成する工程。
(d)分離した島状部の上に第2層2003を堆積させる工程。第2層2003は、例えばAl、Nb、Znのような導電体であり、好ましくは5nmから200nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられる。
(e)第2層2003の上に第3層2004を堆積させる工程。第3層2004は、例えば二酸化ケイ素や層2002で使用されるものと同じ材料のような電気絶縁体であり、好ましくは第1層と同じ厚さを有するが、他の厚さも考えられる。
(f)第1層2002が露出するまで第3層2004と第2層2003を部分的に除去する工程。
(g)第4層2005を堆積させる工程。第4層2005は、例えば二酸化ケイ素等、好ましくは第2層2003と同じ材料の電気絶縁体であり、好ましくは3nmから15nmの厚さを有するところ、被覆(coverage)にギャップが少ししか、あるいは全く存在しない限り、より薄い方が好ましい。
(h)第5層2006を堆積させる工程。第5層は、例えばPt、Ni、Cuのような導電体であり、好ましくは5nmから200nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられる。
(i)第6層2007を堆積させる工程。当該層は、基板の裏面での作業を行いつつ前面を保護するために形成する。当該層は、例えば、熱剥離テープ(thermal release tape)を用いて第5層2006に貼付されたワックス、フォトレジストまたは二酸化ケイ素基板から作成できる。第6層2007は、好ましくは500nmから1500nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられる。
(j)フォトリソグラフィと基板2001のエッチングにより、第1層2002の少なくとも1つの分離した島状部が内側に露出するように、基板2001中にスルーホール2001aを形成する工程。スルーホール2001aは、例えば六角形、正方形および円のような任意の好適な形状を有し、かつ、例えば六角格子、正方格子および極格子(polar grid) のような任意の好適なパターンで配列する。
(k)上側の第4層2005の一部が露出するまでエッチングすることにより、露出した状態の分離した島状部を除去する工程。
(l)上側の第5層2006の一部が露出するまでエッチングすることにより、第4層2005の露出部分を除去する工程。
(m)エッチングにより、第5層2006の露出部分を除去する工程。
(n)第2層2003と第5層2006が第4層2005から2nmから5nmだけ張り出すように横方向エッチングすることにより、第4層2005を部分的に除去する工程。
(o)熱剥離、溶解またはエッチングにより、第6層2007を完全に除去する工程。
好ましくは、第2層2003と第5層2006は、仕事関数が少なくとも0.1eV、少なくとも1eV、少なくとも2eV、少なくとも3eV異なる。
(a)例えばアモルファスシリコン、結晶シリコン、セラミックのような好適な基板2101を設ける工程。基板2101は好ましくは500ミクロンから1500ミクロンの厚さを有する。しかし、これより薄い基板または厚い基板も可能である。
(b)主として犠牲層であり、好ましくは電気絶縁体、例えば二酸化ケイ素等である第1層2102を堆積させる工程。第1層2102は、好ましくは50nmから1000nmの厚さを有する。しかし、これより薄い層または厚い層も可能である。さらに、基板のウインドウ2101aの面積に応じて、この層が調整可能な応力レベルを有することは好都合である。例えば、1cm2の基板ウインドウ2101aの場合、SiOxNyを用いた60MPaの引っ張り強度での結果が成功であった。
(c)第1層2102の上に第2層2103を堆積させる工程。第2層2103は、例えばAl、Nb、Znのような導電体であり、好ましくは5nmから150nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられる。
(d)第2層2103の上に第3層2104を堆積させる工程。第3層2104は、例えば二酸化ケイ素のような電気絶縁体であり、好ましくは5nmから100nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられ、好ましくは第1層2102と同じ厚さを有する。
(e)第3層2104の上に第4層2105を堆積させる工程。第4層2105は、例えばPt、Ni、Cuのような導電体で、好ましくは5nmから150nmの厚さを有するところ、他の厚さも考えられる。
(f)フォトリソグラフィとエッチングにより、第2層2103、第3層2104および第4層2105を貫通するホールを形成する工程。ホールは、例えば複数の帯状、正方形、円のような任意の好適な形状を有する。
(g)第2層2103と第4層2105が第3層2104から張り出すように横方向エッチングすることにより、第3層2104を部分的に除去する工程。
(h)フォトリソグラフィと基板2101のエッチングにより、基板2101にスルーホール2101aを形成する工程。これにより、第2層2103、第3層2104および第4層2105を貫通する少なくとも1つのホールが、1つのスルーホール2101aと重なり合うようにする。スルーホール2101aは、例えば六角形、正方形および円のような任意の好適な形状を有する。スルーホール2101は、例えば六角格子、正方格子および極格子のような任意の好適なパターンで配列される。
(i)スルーホール2101a内に露出した第1層2102の一部を除去する工程。
好ましくは、第2層2103と第4層2105は、仕事関数が少なくとも0.1eV、少なくとも1eV、少なくとも2eV、少なくとも3eV異なる。
いくぶん冗長であるが、図22は、全体を2204で示す、NMSETまたは関連するデバイスのような熱遷移デバイスを示す側面断面図である。熱遷移デバイスは、低温側膜2202と高温側膜2201とを含み、その間に断熱材2200が設けられている。断熱材2200は、真空で形成できる。真空は、例えばベンチュリ効果により達成できる。熱遷移デバイス2204は、低温側膜2202、断熱材2200および高温側膜2201によって画定される厚さ2203を含む。
分散型マイクロクラスタを用いて、特定の方向におよび/または所望の速さで、物体を駆動推進するためには、制御システムが必要となる。制御システムは、分散型マイクロクラスタまたは複数の分散型マイクロクラスタに対して、選択的に出力を起動し、および/または出力レベルを調整することにより、所望の方向の所望の推進力を得ることができる。
上述した[動作原理]および[温度差]と題した章を参考にしながら説明する。図43は、温度勾配を形成するために用いられる本願明細書に係るデバイスの概略図である。この章において、ヒートポンプまたは温度勾配形成デバイスは、これに限定するものではないが、NMSETデバイスを駆動するものであってもよい。このデバイスは、上側表面4302および下側表面4305を有し、導電性材料からなる、より低温の低温層4301を有する。より高温の高温層4304の上側表面4306は、低温層4301の下側表面4305にきわめて隣接させるか、直接的に、または実施形態によるが、熱的および/または電気的に絶縁された中間層を介して、低温層4301の下側表面4305に接合されるものである。
メモリサイトまたはメモリピクセルの構造体が温度的に加熱する電極、または温度勾配デバイスまたはこうしたデバイスのクラスタに選択的にアドレス選択可能な任意の他のタイプの構造体と置き換えられる。
Claims (26)
- 複数の平行な水平行および垂直列に配置された複数のマイクロスラスタの動作を制御するための制御システムであって、
電源と、
電源に接続され、複数の平行な水平行のそれぞれの水平行にある複数のマイクロスラスタの分散型マイクロスラスタに接続された複数の第1の電源ラインと、
電源に接続され、複数の平行な垂直列のそれぞれの垂直列にある複数のマイクロスラスタの分散型マイクロスラスタに接続された複数の第2の電源ラインと、
電源に接続され、複数の第1の電源ラインの駆動および複数の第2の電源ラインの駆動を制御する制御ユニットとを備え、
複数の第1の電源ラインおよび複数の第2の電源ラインが複数の部位で交差し、
複数の第1の電源ラインのうちの選択された電源ラインおよび複数の第2の電源ラインのうちの選択された電源ラインが駆動されたときに電気回路が構成され、
電気回路は複数のマイクロスラスタのうちの選択された少なくとも1つのマイクロスラスタを駆動し、
それぞれのマイクロスラスタは、
積層体を構成する少なくとも1つの第1および第2の層と、ここで上記積層体は該積層体を通り形成された貫通孔を含む、
高温層および低温層を構成するために第1および第2の層を加熱および/または冷却する手段と、を含み、
各高温層の表面および各低温層の表面は、少なくとも1つの貫通孔の内面において露出する、
ことを特徴とする制御システム。 - 電源は電池を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 制御ユニットは、中央演算ユニットを含むことを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 複数のマイクロスラスタのそれぞれは、1つのナノ分子固体電気力学的スラスタ(NMSET)デバイスまたは一群のNMSETデバイスであることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 低温層は、高温層より低い温度を有し、
貫通孔の全体長は、NMSETデバイスを包含するガスの平均自由行程の10倍未満であり、1500nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。 - 電源に接続され、複数のマイクロスラスタのうちの、複数の第1の電源ラインに接続された同一の分散型マイクロスラスタに接続された複数の第3の電源ラインと、
電源に接続され、複数のマイクロスラスタのうちの、複数の第2の電源ラインに接続された同一の分散型マイクロスラスタに接続された複数の第4の電源ラインと、
複数の第3の電源ラインおよび複数の第4の電源ラインの駆動が制御ユニットにより制御されることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。 - 複数の第3の電源ラインのそれぞれは、複数の第1の電源ラインに冗長なものであることを特徴とする請求項6に記載の制御システム。
- 複数の第4の電源ラインのそれぞれは、複数の第2の電源ラインに冗長なものであることを特徴とする請求項6に記載の制御システム。
- 複数の第1または第2の電源ラインの少なくとも1つの電源ラインにおける故障を検出する故障検出デバイスをさらに有し、
故障検出デバイスは、故障を検出するために制御ユニットに接続されることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。 - 制御ユニットは、複数の第1または第2の電源ラインの少なくとも1つの電源ラインにおける故障を検出し、複数の第3または第4の電源ラインのうち、故障が検出された電源ラインに対応する電源ラインを制御して、電気回路を形成し、少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを駆動することを特徴とする請求項6に記載の制御システム。
- 制御ユニットは、複数のマイクロスラスタのうち選択された複数のマイクロスラスタを同時に制御することを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 電気回路は、少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを加熱することにより、少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを駆動することを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 複数のマイクロスラスタは、複数の導電性領域を有し、
各導電性領域をヒートバリアで包囲することにより、電気回路が複数の導電性領域のうちの少なくとも1つの導電性領域を駆動し、駆動された少なくとも1つの導電性領域が他の導電性領域とは絶縁されることを特徴とする請求項11に記載の制御システム。 - 複数の平行な水平行および垂直列に配置された複数のマイクロスラスタの動作を制御する方法であって、この方法は、
複数の第1の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインに電源を接続するステップと、ここでこの複数の第1の電源ラインのそれぞれは、電源に接続され、かつ複数の平行な水平行のうちの1つの水平行にある複数のマイクロスラスタの分散型マイクロスラスタに接続される、
複数の第2の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインに電源を接続するステップと、ここでこの複数の第2の電源ラインのそれぞれは、電源に接続され、かつ複数の平行な垂直列のうちの1つの垂直列にある複数のマイクロスラスタの分散型マイクロスラスタに接続される、
複数の第1の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインおよび複数の第2の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインからなる電気回路を構成するステップと、
電気回路を介して選択された少なくとも1つのマイクロスラスタを駆動するステップとを有し、
複数の第1の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインに電源を接続するステップ、および複数の第2の電源ラインのうちの少なくとも1つの電源ラインに電源を接続するステップは、制御ユニットにより制御され、
それぞれのマイクロスラスタは、
積層体を構成する少なくとも1つの第1および第2の層と、ここで上記積層体は該積層体を通り形成された貫通孔を含む、
高温層および低温層を構成するために第1および第2の層を加熱および/または冷却する手段と、を含み、
各高温層の表面および各低温層の表面は、少なくとも1つの貫通孔の内面において露出する、
ことを特徴とする方法。 - 電源は電池を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 制御ユニットは、中央演算ユニットを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 複数のマイクロスラスタのそれぞれは、1つのナノ分子固体電気力学的スラスタ(NMSET)デバイスまたは一群のNMSETデバイスであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 低温層は、高温層より低い温度を有し、
貫通孔の全体長は、NMSETデバイスを包含するガスの平均自由行程の10倍未満であり、1500nm以下であることを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 複数のマイクロスラスタのうちの、複数の第1の電源ラインに接続された同一の分散型マイクロスラスタに接続された複数の第3の電源ラインに電源を接続するステップと、
複数のマイクロスラスタのうちの、複数の第2の電源ラインに接続された同一の分散型マイクロスラスタに接続された複数の第4の電源ラインに電源を接続するステップとを有し、
制御ユニットが複数の第3の電源ラインおよび複数の第4の電源ラインの駆動を制御することを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 複数の第3の電源ラインは、複数の第1の電源ラインに冗長なものであることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 複数の第4の電源ラインは、複数の第2の電源ラインに冗長なものであることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 複数の第1または第2の電源ラインの少なくとも1つの電源ラインにおける故障を検出するステップをさらに有し、
故障は、制御ユニットに接続された故障検出デバイスにより検出されることを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを駆動するために、複数の第3の電源ラインのうち少なくとも1つの電源ラインまたは複数の第4の電源ラインのうち少なくとも1つの電源ラインを制御ユニットによって制御するステップをさらに有することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 複数のマイクロスラスタのうち選択された複数のマイクロスラスタを同時に制御するステップをさらに有することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを加熱することにより、少なくとも1つの選択されたマイクロスラスタを電気回路によって駆動するステップをさらに有することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 複数のマイクロスラスタは、複数の導電性領域を有し、
各導電性領域をヒートバリアで包囲することにより、電気回路が複数の導電性領域のうちの少なくとも1つの導電性領域を駆動し、駆動された少なくとも1つの導電性領域が他の導電性領域とは絶縁されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
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