(Phys.org) —Creadores de minúsculas máquinas en movimiento, del tipo que se busca para la nanofabricación y el ensamblaje, así como para otros usos, ¿saben dónde están realmente sus micro y nanorobots?

¿Le importaría apostar?

Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología probablemente prevalecería en una apuesta tan hipotética. Sobre la base de sus sorprendentes hallazgos en un estudio riguroso de los movimientos de un sistema microelectromecánico experimental (MEMS), el equipo incluso podría ofrecer probabilidades mejores que las iguales.

El grupo rastreó, por primera vez, el movimiento paso a paso de un dispositivo MEMS de tipo estándar llamado "actuador de accionamiento de cero, "una micromáquina (120 micrómetros de ancho, 50 micrómetros de largo, y 1,5 micrómetros de grosor) que se arrastra sobre una superficie flexionando y relajando repetidamente un pequeño brazo en forma de gancho. Utilizando un método de medición novedoso adaptado de la investigación biofísica de una sola molécula, los investigadores rastrearon y midieron cada uno de los 500 pasos del dispositivo a lo largo de una trayectoria de 20 micrómetros. Descubrieron que los movimientos incrementales variaban significativamente, desde unos pocos nanómetros (nm) hasta casi 100 nm.

Esta marcada variabilidad en el tamaño de los pasos fue "inesperada, "dice Craig McGray, el primer autor del artículo. Típicamente, Los investigadores de MEMS han calculado un tamaño de paso promedio, derivada de la distancia total recorrida por un dispositivo durante muchos ciclos operativos. El promedio resultante no muestra la variabilidad de los tamaños de paso, mientras que los modelos simples del comportamiento del dispositivo han transmitido la impresión de que los dispositivos se mueven en incrementos uniformes.

En lugar de, McGray explica, "nuestro método reveló tamaños de paso muy irregulares, que no había sido observado previamente ni predicho por modelos establecidos de comportamiento MEMS ".

En su experimento de prueba de concepto, el equipo del NIST etiquetó la superficie de un actuador de accionamiento de cero con nanopartículas fluorescentes. Bajo un microscopio de fluorescencia, las nanopartículas aparecieron como puntos de luz en una constelación similar a una estrella. La posición de cada punto de luz se midió con una precisión extremadamente alta, renderizando el equivalente a una serie de mapas de constelaciones y capturando la posición y orientación del dispositivo mientras se movía sobre una superficie.

Antes y después de cada paso del dispositivo a lo largo del camino, Se tomaron dos imágenes de la constelación. Luego, los datos se procesaron para determinar los incrementos y rotaciones paso a paso, y la incertidumbre en ambos valores.

Con su enfoque innovador, el equipo de NIST calculó tanto el tamaño de cada movimiento dentro de 1,85 nm, (más pequeño que el ancho de una hebra de ADN) y el cambio en la orientación del dispositivo, también a una incertidumbre extremadamente baja. En lugar de una línea recta compuesta por puntos espaciados uniformemente, el dispositivo tomó una ruta algo irregular que se curvó ligeramente, con cada paso variando en longitud y orientación.

En una prueba posterior, los investigadores midieron un segundo actuador de accionamiento scratch fabricado por el mismo fabricante. Los resultados también difirieron de manera inesperada y significativa, como lo indica una diferencia de 26,3 nm en los tamaños de paso promedio.

Incluso mientras trabajan para perfeccionar su método de microscopía de fluorescencia de superresolución, el equipo cree que el enfoque puede ser ampliamente útil en el área de sistemas electromecánicos extremadamente pequeños.