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  • Il nuovo metodo misura i movimenti di piccoli dispositivi, ad ogni passo

    Una micromacchina chiamata attuatore scratch drive, etichettato con puntini fluorescenti, (in alto) poggia su una piattaforma sostenuta da un circuito elettrico che avvia i movimenti passo-passo del dispositivo. Al microscopio a fluorescenza, le nanoparticelle appaiono come punti luminosi in una costellazione a forma di stella (in basso), consentendo di misurare piccoli cambiamenti nella posizione e nell'orientamento del dispositivo ad ogni passo. Credito:NIST

    (Phys.org)—Produttori di minuscole macchine in movimento—del tipo studiato per la nanofabbricazione, l'assemblaggio e altri usi—sai dove sono veramente i tuoi micro e nanorobot?

    Ti va di scommettere?

    Un team di ricercatori del National Institute of Standards and Technology probabilmente prevarrebbe in una simile scommessa ipotetica. Sulla base delle sue sorprendenti scoperte in un accurato studio dei movimenti di un sistema microelettromeccanico sperimentale (MEMS), la squadra potrebbe anche offrire quote migliori della pari.

    Il gruppo ha seguito, per la prima volta, il movimento passo-passo di un dispositivo MEMS di tipo standard chiamato "attuatore scratch drive, " una micromacchina (larga 120 micrometri, 50 micrometri di lunghezza, e 1,5 micrometri di spessore) che si trascina su una superficie flettendo e rilassando ripetutamente un minuscolo braccio uncinato. Utilizzando un nuovo metodo di misurazione adattato dalla ricerca sulla biofisica delle singole molecole, i ricercatori hanno tracciato e misurato ciascuno dei 500 passi del dispositivo lungo un percorso di 20 micrometri. Hanno scoperto che i movimenti incrementali variavano in modo significativo, da pochi nanometri (nm) a quasi 100 nm.

    Questa marcata variabilità nelle dimensioni del passo era "inaspettata, "dice Craig McGray, il primo autore del saggio. Tipicamente, I ricercatori MEMS hanno calcolato una dimensione media del passo, derivata dalla distanza totale percorsa da un dispositivo in più cicli operativi. La media risultante non mostra la variabilità delle dimensioni del passo, mentre semplici modelli del comportamento del dispositivo hanno dato l'impressione che i dispositivi si muovano con incrementi uniformi.

    Anziché, McGray spiega, "il nostro metodo ha rivelato dimensioni del passo molto irregolari, che non era stato né osservato in precedenza né previsto da modelli consolidati di comportamento MEMS."

    Nel loro esperimento di proof-of-concept, il team del NIST ha etichettato la superficie di un attuatore scratch drive con nanoparticelle fluorescenti. Al microscopio a fluorescenza, le nanoparticelle apparivano come punti di luce in una costellazione stellare. La posizione di ciascun punto luce è stata misurata con estrema precisione, rendendo l'equivalente di una serie di mappe di costellazioni e catturando la posizione e l'orientamento del dispositivo mentre si muoveva su una superficie.

    Prima e dopo ogni passaggio del dispositivo lungo il percorso, sono state scattate due immagini della costellazione. I dati sono stati quindi elaborati per determinare gli incrementi e le rotazioni passo passo, e l'incertezza in entrambi i valori.

    Con il loro approccio innovativo, il team del NIST ha calcolato sia la dimensione di ciascun movimento entro 1,85 nm, (inferiore alla larghezza di un filamento di DNA) e il cambiamento nell'orientamento del dispositivo, anche a un'incertezza estremamente bassa. Piuttosto che una linea retta composta da punti equidistanti, il dispositivo ha preso un percorso un po' frastagliato che curvava leggermente, con ogni passo che varia in lunghezza e orientamento.

    In una successiva prova, i ricercatori hanno misurato un secondo attuatore scratch drive realizzato dallo stesso produttore. I risultati differivano anche in modo inaspettato e significativo, come indicato da una differenza di 26,3 nm nelle dimensioni medie del passo.

    Anche se lavorano per perfezionare il loro metodo di microscopia a fluorescenza a super risoluzione, il team ritiene che l'approccio possa essere ampiamente utile nell'area dei sistemi elettromeccanici estremamente piccoli.




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