¿Cuánto tiempo pueden durar los engranajes pequeños y otras partes móviles microscópicas antes de que se desgasten? ¿Cuáles son las señales de advertencia de que estos componentes están a punto de fallar? que puede suceder en solo unas décimas de segundo? Esforzándose por proporcionar respuestas claras a estas preguntas, Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han desarrollado un método para rastrear más rápidamente los sistemas microelectromecánicos (MEMS) mientras funcionan y, igualmente importante, a medida que dejan de funcionar.
Al utilizar este método para el análisis microscópico de fallas, los investigadores y fabricantes podrían mejorar la confiabilidad de los componentes MEMS que están desarrollando, desde robots y drones en miniatura hasta pinzas diminutas para cirugía ocular y sensores para detectar trazas de sustancias químicas tóxicas.
En la última década, Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han medido el movimiento y las interacciones entre los componentes de MEMS. En su trabajo más reciente, los científicos lograron hacer estas mediciones cien veces más rápido, en la escala de milésimas, en lugar de décimas, de un segundo.
La escala de tiempo más rápida permitió a los investigadores resolver detalles finos de los movimientos erráticos y transitorios que pueden ocurrir antes y durante la falla de MEMS. Las mediciones más rápidas también permitieron que las pruebas repetitivas, necesarias para evaluar la durabilidad de los sistemas mecánicos en miniatura, se llevaran a cabo con mayor rapidez. Los investigadores del NIST, incluidos Samuel Stavis y Craig Copeland, describió su trabajo en el Revista de sistemas microelectromecánicos .
Como en su trabajo anterior, el equipo etiquetó los componentes de MEMS con partículas fluorescentes para rastrear su movimiento. Usar microscopios ópticos y cámaras sensibles para ver e visualizar las partículas emisoras de luz, los investigadores rastrearon desplazamientos tan pequeños como unas mil millonésimas de metro y rotaciones tan pequeñas como varias millonésimas de radianes. Un microradián es el ángulo correspondiente a un arco de unos 10 metros a lo largo de la circunferencia de la tierra.
Un sistema de imágenes más rápido y partículas fluorescentes más grandes, que emiten más luz, proporcionó a los científicos las herramientas para realizar sus mediciones de seguimiento de partículas cien veces más rápido que antes.
"Si no puede medir cómo se mueven los componentes de un MEMS en las escalas de tiempo y longitud relevantes, entonces es difícil entender cómo funcionan y cómo mejorarlos, "Dijo Copeland.
En su sistema de prueba, Stavis, Copeland y sus colegas probaron parte de un motor microelectromecánico. La parte de prueba se rompió hacia adelante y hacia atrás, girar un engranaje a través de un mecanismo de trinquete. Aunque este sistema es uno de los MEMS más confiables que transfieren el movimiento a través de piezas en contacto deslizante, no obstante, puede presentar problemas como un rendimiento errático y fallas inoportunas.
El equipo descubrió que los empujones de las piezas en contacto en el sistema, si el contacto entre las partes se produjo en un solo punto o se desplazó entre varios puntos, y desgaste de las superficies de contacto, Todos podrían desempeñar un papel clave en la durabilidad de MEMS.
"Nuestro método de seguimiento es ampliamente aplicable para estudiar el movimiento de microsistemas, y seguimos avanzando, "dijo Stavis.
