Sistemas micro electromecánicos, o MEMS, son pequeñas máquinas fabricadas utilizando equipos y procesos desarrollados para la producción de chips y dispositivos electrónicos. Han encontrado una amplia variedad de aplicaciones en la electrónica de consumo actual, pero sus partes móviles pueden desgastarse con el tiempo como resultado de la fricción.

Un nuevo enfoque desarrollado por investigadores del MIT podría ofrecer una nueva forma de hacer piezas móviles sin conexiones sólidas entre las piezas, potencialmente eliminando una fuente importante de desgaste y falla.

El nuevo sistema utiliza una capa de gotas de líquido para sostener una pequeña plataforma movible, que esencialmente flota sobre las gotitas. Las gotitas pueden ser agua o algún otro fluido, y los movimientos precisos de la plataforma se pueden controlar eléctricamente, a través de un sistema que puede alterar las dimensiones de las gotitas a elevar, más bajo, e inclinar la plataforma.

Los nuevos hallazgos se informan en un artículo en Letras de física aplicada , coautor de Daniel Preston, un estudiante de posgrado del MIT; Evelyn Wang, la profesora adjunta de ingeniería mecánica Gail E. Kendall; y otros cinco.

Preston explica que el nuevo sistema podría usarse para fabricar dispositivos como platillos para muestras de microscopio. El enfoque del microscopio se puede controlar subiendo o bajando la platina, lo que implicaría cambiar las formas de las gotas de líquido de soporte.

El sistema funciona alterando la forma en que las gotas interactúan con la superficie debajo de ellas, gobernado por una característica conocida como el ángulo de contacto. Este ángulo es una medida de la inclinación del borde de la gota en el punto donde se encuentra con la superficie. En hidrofílico, o atrayente de agua, superficies, gotitas esparcidas casi planas, produciendo un ángulo de contacto muy pequeño, mientras que hidrofóbico, o repelente al agua, superficies hacen que las gotas sean casi esféricas, apenas tocando la superficie, con ángulos de contacto muy grandes. En ciertos tipos de superficies dieléctricas, estas cualidades se pueden "sintonizar" en todo ese rango simplemente variando un voltaje aplicado a la superficie.

A medida que la superficie se vuelve más hidrófoba y las gotas se vuelven más redondas, sus copas se elevan más lejos de la superficie, elevando así la plataforma, en estas pruebas, una fina lámina de cobre que flota sobre ellos. Al cambiar selectivamente diferentes gotas en diferentes cantidades, la plataforma también se puede inclinar selectivamente. Esto podría usarse, por ejemplo, para cambiar el ángulo de una superficie reflejada para apuntar un rayo láser, Preston dice. "Hay muchos experimentos que utilizan láseres, que realmente podrían beneficiarse de una forma de realizar estos movimientos a pequeña escala ".

Para mantener la posición de las gotas en lugar de dejar que se deslicen, el equipo trató la parte inferior de la plataforma flotante. Hicieron que la superficie general fuera hidrofóbica, pero con pequeños círculos de material hidrofílico. De esa manera, todas las gotas están "fijadas" de forma segura a esas superficies que atraen el agua, manteniendo la plataforma en posición segura.

En el dispositivo de prueba inicial del grupo, el posicionamiento vertical se puede controlar con una precisión de 10 micrones, o millonésimas de metro, en un rango de movimiento de 130 micrones.

Dispositivos MEMS, Preston dice:"a menudo fallan cuando hay un contacto sólido-sólido que se desgasta, o simplemente se atasca. A estas escalas muy pequeñas, las cosas se estropean fácilmente ".

Si bien la tecnología básica detrás de la alteración de las formas de las gotas en una superficie no es una idea nueva, Preston dice:"nadie lo ha usado para mover un escenario, sin ningún contacto sólido-sólido. La verdadera innovación aquí es poder mover un escenario hacia arriba y hacia abajo, y cambia su ángulo, sin conexiones de material sólido ".

En principio, sería posible utilizar una gran variedad de electrodos que podrían ajustarse para mover una plataforma a través de una superficie de manera precisa, además de arriba y abajo. Por ejemplo, podría utilizarse para aplicaciones de "laboratorio en un chip", donde una muestra biológica podría montarse en la plataforma y luego moverse de un sitio de prueba a otro en el microchip.

Él dice que el sistema es relativamente simple de implementar y que sería posible desarrollarlo para aplicaciones específicas del mundo real con bastante rapidez. "Depende de lo motivadas que estén las personas, ", dice." Pero no veo grandes barreras para el uso a gran escala. Creo que podría hacerse en un año ".

El equipo de investigación incluyó a los estudiantes graduados del MIT Ariel Anders y Yangying Zhu, Investigador afiliado Banafsheh Barabadi, alumna Evelyn Tio '14, y el estudiante de pregrado DingRan Dai. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencias.