A nuestro alrededor, escondido fuera de nuestro rango de visión, son máquinas minúsculas. Pequeños acelerómetros en nuestros autos detectan una colisión y le dicen a las bolsas de aire que se inflen. Los diminutos giroscopios de un controlador de Nintendo Wii traducen su swing de tenis en movimiento en la pantalla. El acelerómetro de un iPhone, giroscopio, y el sensor de proximidad detecta su ubicación en el espacio.

Todas estas pequeñas máquinas conocidos colectivamente como sistemas microelectromecánicos, o MEMS, tienen algo en común:están apegados a, o muy cerca de, una fuente de energía. Para aplicaciones más amplias, como implantes cerebrales inalámbricos, los científicos e ingenieros necesitan poder a distancia. Pero si bien es fácil enviar información por el aire, piense en ondas de radio, enviando energía, especialmente a una minúscula máquina, puede ser un poco más complicado.

Pero ahora un equipo de investigadores, dirigido por el candidato a doctorado del Boston University College of Engineering (ENG) Farrukh Mateen (ENG'18) y Raj Mohanty, profesor de física en la Facultad de Artes y Ciencias (CAS) de la BU, se están acercando a una solución. Han construido un diminuto dispositivo micromecánico y lo encienden y apagan con un nanovatio de potencia, que es una mil millonésima parte de un vatio, desde un metro de distancia. El dispositivo, descrito en el 15 de agosto, 2016, cuestión de Naturaleza:microsistemas y nanoingeniería , es un sándwich en miniatura de oro y nitruro de aluminio que vibra, o resuena, a frecuencias de microondas. El diminuto resonador tiene solo 100 micrómetros de ancho, un poco más ancho que el ancho de un cabello humano.

"La potencia inalámbrica no es nueva, "dice Mateen, autor principal del artículo. "Nikola Tesla lo demostró en la Feria Mundial de 1893; pero creemos que es la primera vez que se utiliza con un resonador micromecánico".

En una segunda ronda de experimentos, el dispositivo logró una impresionante eficiencia del 15 por ciento utilizando una frecuencia de radio más alta. Esos resultados se publicaron en línea el 16 de agosto de 2016, cuestión de Letras de física aplicada .

La aplicación más prometedora para este tipo de dispositivo se encuentra en el campo emergente de la optogenética:iluminar las células cerebrales modificadas genéticamente para que se comporten de una determinada manera. El campo ofrece un gran potencial para la investigación en neurociencias, así como posibles tratamientos para trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson. Pero para plantar un dispositivo en el cuerpo, especialmente el cerebro, es un reto. Debe ser pequeño y eficiente de baja potencia y baja radiación. La energía debe viajar al dispositivo rápidamente, a través del tejido óseo y cerebral. "No querrás tener que cambiar las pilas todos los días, "dice Mohanty, autor correspondiente en ambos artículos, "y no quieres freír tu cerebro".

Hay dos formas de enviar energía sin cables. El primero, campos magnéticos, tiene un alcance corto a menos que se utilicen grandes bobinas de alambre, limitando su utilidad para dispositivos pequeños. El segundo, campos eléctricos, tiene un rango más largo pero rebota en casi todo. "Pero hay formas de solucionar esto, "dice Mateen, autor principal de ambos artículos. "Pensamos que optimizar el receptor puede ser la respuesta".

El equipo comenzó a pensar en resonadores, materiales que vibran naturalmente a ciertas frecuencias, como un trampolín que tal vez el aire de cierta manera, o una copa de vino que vibra en respuesta a una determinada frecuencia de sonido.

"Los resonadores son los componentes básicos de todas las micromáquinas, "dice Mohanty." Si pudiéramos hacer que eso funcionara, podríamos construir cualquier cosa sobre él ".

Este resonador particular consta de una capa de nitruro de aluminio sobre una base de silicio. El nitruro de aluminio es un material "piezoeléctrico":cuando detecta un campo eléctrico, se flexiona o resuena. El problema era construir una antena diminuta para que el material pudiera sentir la electricidad en el aire.

"Tuvimos que cambiar nuestra forma de pensar, "dice Mohanty". Dijimos, ¿Por qué no utilizar el propio resonador como antena? Ahí es donde se produjo el gran avance ". El equipo convirtió el resonador en lo que se llama una" antena de parche "agregando capas delgadas de oro en la parte superior e inferior. La solución simple funcionó.

"Me sorprendió mucho cuando funcionó, "dice Mateen, que recuerda haber llamado a su colega, coautor Carsten Mädler (GRS'16), cuando detectó una señal por primera vez. "Yo dije, '¡Tipo! ¡Necesitas ver esto! ¡Creo que podemos activar esta cosa de forma inalámbrica! '"

Aunque la tecnología está en pañales, Mateen ve muchas aplicaciones potenciales, desde sensores remotos para mejorar los cargadores de teléfonos móviles hasta implantes cerebrales. "La idea de una aplicación biomédica es simplemente asombrosa, ", dice." Sería genial si terminara en algún tipo de producto que ayudara a la humanidad de alguna manera. Este es un pequeño paso hacia eso ".