Investigadores de la Universidad de Binghamton, Los investigadores de la Universidad Estatal de Nueva York han encontrado una manera de mejorar el rendimiento de pequeños sensores que podrían tener implicaciones de gran alcance para los dispositivos electrónicos que usamos todos los días.

El estudio encuentra una forma más confiable de utilizar actuadores que controlan MEMS (sistemas microelectromecánicos), que son dispositivos microscópicos con partes móviles que a menudo se producen de la misma manera que la electrónica.

El equipo de Binghamton descubrió que la combinación de dos métodos de actuación electrostática —actuadores de placa paralela y de levitación— conducía a una linealidad predecible que ninguno de esos sistemas ofrecía por sí solo.

Esta investigación está financiada por una subvención de la National Science Foundation realizada principalmente por Ph.D. estudiante Mark Pallay bajo la supervisión del investigador principal Shahrzad (Sherry) Towfighian y el co-investigador principal Ronald N. Miles, profesor asociado y profesor distinguido de ingeniería mecánica, respectivamente.

Los hallazgos del equipo podrían ser revolucionarios para la fabricación de micrófonos, porque con este diseño la señal se puede aumentar lo suficiente como para que el ruido de fondo de la electrónica ya no sea un problema. Cada año se fabrican más de 2000 millones de micrófonos en todo el mundo, y ese número está creciendo a medida que más dispositivos cuentan con interacción vocal.

"Es muy difícil deshacerse del ruido electrónico, "Dijo Miles." Oyes este silbido de fondo. Cuando haces micrófonos realmente pequeños, que es lo que queremos hacer, el ruido es un problema cada vez más grande. Es cada vez más un desafío. Este es un camino para evitarlo y reducir el ruido ".

Towfighian, que ha estudiado MEMS extensamente, explicó que los actuadores en los micro-dispositivos son normalmente solo dos placas con un espacio entre ellas. Esas placas se cierran y el dispositivo se activa cuando recibe un cierto voltaje.

Es difícil ajustar ese tipo de actuador, pero agregar dos electrodos a los lados de las placas crea un efecto de levitación que simultáneamente los separa y permite un mejor control sobre el dispositivo.

"Combinando los dos sistemas, podemos deshacernos de la no linealidad, ", dijo." Si le das un poco de voltaje, se encuentra a cierta distancia y lo mantiene en un amplio rango de movimiento ".

Miles dijo que la previsibilidad es crucial al construir actuadores para micrófonos, que han sido el foco de su investigación reciente.

"En un sensor, la vida es mucho más fácil si se mueve una unidad y el voltaje de salida aumenta en una unidad, o algo en proporción a lo que avanzas, ", dijo." En un actuador, estás tratando de empujar las cosas, así que si le está dando el doble de voltaje, desea que llegue al doble y no al cuádruple.

"Es como si tuvieras una regla en la que las pulgadas variaran de longitud a medida que avanzaste. Con sensores capacitivos, tiene estas extrañas variaciones con la sensibilidad y la salida a medida que avanza en la escala. Eso es un dolor de cabeza enorme ".

Cuando los investigadores de Binghamton comenzaron su estudio, no sabían que la combinación de las dos ideas proporcionaría un resultado tan deseable como lo ha hecho.

"La magia, la suerte tonta, es que las no linealidades se anulan entre sí, "Dijo Miles." Tienden a estar en direcciones opuestas. Podemos demostrar que en un rango significativo, son lineales.

"Al tener estas dos configuraciones de electrodos, le da más perillas para girar y más ajustes que puede hacer aplicando voltajes a diferentes electrodos. Con una placa paralela simple, tiene un voltaje a través de ellos y no tiene mucha libertad de diseño. Con este, hay más electrodos y se obtiene mucho más control sobre el diseño ".

Además de las posibilidades de fabricación de micrófonos, haciéndolos más pequeños, mejor y más barato:Towfighian ve cómo el nuevo diseño del actuador se puede utilizar en su línea de estudio, que incluye giroscopios, acelerómetros, sensores de presión y otros tipos de interruptores.

"Mostramos este concepto a un nivel básico, pero tiene amplias aplicaciones, ", dijo." Puede mejorar el funcionamiento de muchos dispositivos, por lo que el impacto podría ser enorme ".

El estudio, titulado "Fusión de actuadores de levitación y de placa paralela para permitir la linealidad y la sintonización en MEMS electrostáticos, "Fue publicado en La Revista de Física Aplicada .