(Phys.org) —Los investigadores han aprendido a producir en masa pequeños dispositivos mecánicos que podrían ayudar a los usuarios de teléfonos móviles a evitar la molestia de las llamadas interrumpidas y las descargas lentas. Los dispositivos están diseñados para aliviar la congestión en las ondas de radio y mejorar el rendimiento de los teléfonos móviles y otros dispositivos portátiles.

"No hay suficiente espectro de radio para dar cuenta del dispositivo portátil de mano de todos, "dijo Jeffrey Rhoads, profesor asociado de ingeniería mecánica en Purdue University.

El hacinamiento resulta en llamadas interrumpidas, señales de ocupado, calidad de llamada degradada y descargas más lentas. Para contrarrestar el problema, la industria está tratando de construir sistemas que operen con canales más definidos para que más de ellos puedan caber dentro del ancho de banda disponible.

"Para hacer eso, necesita filtros más precisos para teléfonos móviles y otros dispositivos de radio, sistemas que rechazan el ruido y permiten el paso de señales sólo cercanas a una frecuencia determinada, "dijo Saeed Mohammadi, un profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática que trabaja con Rhoads, el estudiante de doctorado Hossein Pajouhi y otros investigadores.

El equipo de Purdue ha creado dispositivos llamados resonadores nanoelectromecánicos, que contienen un diminuto haz de silicio que vibra cuando se aplica voltaje. Los investigadores han demostrado que los nuevos dispositivos se producen con un rendimiento de casi el 100 por ciento, lo que significa que casi todos los dispositivos creados en obleas de silicio funcionan correctamente.

"No estamos inventando una nueva tecnología, los estamos fabricando mediante un proceso que se adapta a la fabricación a gran escala, que supera uno de los mayores obstáculos para el uso comercial generalizado de estos dispositivos, "Dijo Rhoads.

Los hallazgos se detallan en un artículo de investigación que aparece en línea en la revista. Transacciones IEEE sobre nanotecnología . El documento fue escrito por los estudiantes de doctorado Lin Yu y Pajouhi, Rhoads, Mohammadi y la estudiante de posgrado Molly Nelis.

Además de su uso como futuros filtros de teléfonos móviles, Estos nanoresonadores también podrían usarse para sensores químicos y biológicos avanzados en aplicaciones médicas y de defensa nacional y posiblemente como componentes en computadoras y electrónica.

Los dispositivos se crean utilizando silicona sobre aislante, o SOI, Fabricación:el mismo método utilizado por la industria para fabricar otros dispositivos electrónicos. Dado que SOI es compatible con la tecnología de semiconductores de óxido metálico complementario, o CMOS, otro pilar de la fabricación de productos electrónicos que se utiliza para fabricar chips de computadora, los resonadores se pueden integrar fácilmente en circuitos y sistemas electrónicos.

Los resonadores pertenecen a una clase de dispositivos llamados sistemas nanoelectromecánicos, o NEMS.

Se dice que el nuevo dispositivo es "altamente sintonizable, "lo que significa que podría permitir a los investigadores superar las inconsistencias de fabricación que son comunes en los dispositivos a nanoescala.

"Debido a las diferencias de fabricación, no hay dos dispositivos a nanoescala que salgan de la línea de montaje de la misma manera, ", Dijo Rhoads." Debes poder ajustarlos después del procesamiento, lo que podemos hacer con estos dispositivos ".

El corazón del dispositivo es un haz de silicio unido a dos extremos. El haz mide aproximadamente dos micrones de largo y 130 nanómetros de ancho, o alrededor de 1, 000 veces más delgado que un cabello humano. El rayo vibra en el centro como una cuerda para saltar. La aplicación de corriente alterna al haz hace que vibre selectivamente de lado a lado o hacia arriba y hacia abajo y también permite que el haz se ajuste con precisión. o sintonizado.

Se demostró que los nanoresonadores controlan sus frecuencias de vibración mejor que otros resonadores. Los dispositivos pueden reemplazar partes electrónicas para lograr un mayor rendimiento y un menor consumo de energía.

"Un ejemplo vívido es un filtro sintonizable, "Mohammadi dijo." Es muy difícil hacer un buen filtro sintonizable con transistores, inductores, y otros componentes electrónicos, pero un resonador nanomecánico simple puede hacer el trabajo con un rendimiento mucho mejor y con una fracción de la potencia ".

No solo son más eficientes que sus homólogos electrónicos, él dijo, pero también son más compactos.

"Debido a que los dispositivos son pequeños y la fabricación tiene un rendimiento de casi el 100 por ciento, podemos empaquetar millones de estos dispositivos en un pequeño chip si es necesario, ", Dijo Mohammadi." Es demasiado pronto para saber exactamente cómo encontrarán aplicación en la informática, pero como podemos hacer estos diminutos dispositivos mecánicos tan fácilmente como transistores, deberíamos poder mezclarlos y combinarlos entre sí y también con transistores para lograr funciones específicas. No solo puede colocarlos uno al lado del otro con chips electrónicos y de computadora estándar, pero tienden a funcionar con una confiabilidad cercana al 100 por ciento ".

The new resonators could provide higher performance than previous MEMS, or microelectromechanical systems.

In sensing application, the design enables researchers to precisely measure the frequency of the vibrating beam, which changes when a particle lands on it. Analyzing this frequency change, allows researchers to measure minute masses. Similar sensors are now used to research fundamental scientific questions. Sin embargo, recent advances may allow for reliable sensing with portable devices, opening up a range of potential applications, Rhoads said.

Such sensors have promise in detecting and measuring constituents such as certain proteins or DNA for biological testing in liquids, gases and the air, and the NEMS might find applications in breath analyzers, industrial and food processing, national security and defense, and food and water quality monitoring.

"The smaller your system the smaller the mass you can measure, " Rhoads said. "Most of the field-deployable sensors we've seen in the past have been based on microscale technologies, so this would be hundreds or thousands of times smaller, meaning we should eventually be able to measure things that much smaller."