Sistemi microelettromeccanici, o MEMS, sono minuscole macchine fabbricate utilizzando apparecchiature e processi sviluppati per la produzione di chip e dispositivi elettronici. Hanno trovato un'ampia varietà di applicazioni nell'elettronica di consumo di oggi, ma le loro parti mobili possono usurarsi nel tempo a causa dell'attrito.

Un nuovo approccio sviluppato dai ricercatori del MIT potrebbe offrire un nuovo modo di realizzare parti mobili senza connessioni solide tra i pezzi, potenzialmente eliminando una delle principali fonti di usura e guasti.

Il nuovo sistema utilizza uno strato di goccioline liquide per sostenere un minuscolo, piattaforma mobile, che essenzialmente galleggia sopra le goccioline. Le goccioline possono essere acqua o qualche altro fluido, e i movimenti precisi della piattaforma possono essere controllati elettricamente, attraverso un sistema in grado di alterare le dimensioni delle gocce da sollevare, inferiore, e inclinare la piattaforma.

Le nuove scoperte sono riportate in un documento in Lettere di fisica applicata , co-autore di Daniel Preston, uno studente laureato del MIT; Evelyn Wang, il professore associato di ingegneria meccanica Gail E. Kendall; e altri cinque.

Preston spiega che il nuovo sistema potrebbe essere utilizzato per realizzare dispositivi come tavolini per campioni al microscopio. La messa a fuoco del microscopio può essere controllata alzando o abbassando il tavolino, che comporterebbe la modifica delle forme delle goccioline di liquido di supporto.

Il sistema funziona alterando il modo in cui le gocce interagiscono con la superficie sottostante, governato da una caratteristica nota come angolo di contatto. Questo angolo è una misura di quanto sia ripido il bordo della gocciolina nel punto in cui incontra la superficie. Su idrofilo, o che attira l'acqua, superfici, goccioline sparse quasi piatte, producendo un angolo di contatto molto piccolo, mentre idrofobo, o idrorepellente, le superfici fanno sì che le goccioline siano quasi sferiche, sfiorando appena la superficie, con angoli di contatto molto grandi. Su alcuni tipi di superfici dielettriche, queste qualità possono essere "sintonizzate" su tutta la gamma semplicemente variando una tensione applicata alla superficie.

Man mano che la superficie diventa più idrofoba e le goccioline diventano più rotonde, le loro cime si alzano più lontano dalla superficie, alzando così la piattaforma, in questi test, un sottile foglio di rame che galleggia su di loro. Modificando selettivamente diverse goccioline con quantità diverse, la piattaforma può anche essere inclinata selettivamente. Questo potrebbe essere usato, Per esempio, modificare l'angolo di una superficie specchiata per puntare un raggio laser, dice Preston. "Ci sono molti esperimenti che utilizzano i laser, che potrebbe davvero trarre vantaggio da un modo per realizzare questi movimenti su piccola scala".

Per mantenere il posizionamento delle goccioline invece di lasciarle scivolare, il team ha trattato la parte inferiore della piattaforma galleggiante. Hanno reso l'intera superficie idrofoba, ma con piccoli cerchi di materiale idrofilo. Quel modo, tutte le goccioline sono "appuntate" saldamente a quelle superfici che attirano l'acqua, mantenendo la piattaforma saldamente in posizione.

Nel dispositivo di prova iniziale del gruppo, il posizionamento verticale può essere controllato con una precisione di 10 micron, o milionesimi di metro, su un range di movimento di 130 micron.

dispositivi MEMS, Preston dice, "spesso falliscono quando c'è un contatto solido-solido che si consuma, o semplicemente si blocca. A queste scale molto piccole, le cose si rompono facilmente."

Sebbene la tecnologia di base alla base dell'alterazione delle forme delle gocce su una superficie non sia un'idea nuova, Preston dice, "nessuno l'ha usato per spostare un palcoscenico, senza alcun contatto solido-solido. La vera innovazione qui è riuscire a muovere un palco su e giù, e cambia il suo angolo, senza alcun collegamento materiale solido."

In linea di principio, sarebbe possibile utilizzare una vasta gamma di elettrodi che potrebbero essere regolati per spostare una piattaforma su una superficie in modi precisi, oltre a salire e scendere. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per applicazioni "lab on a chip", dove un campione biologico potrebbe essere montato sulla piattaforma e poi spostato da un sito di test all'altro sul microchip.

Dice che il sistema è relativamente semplice da implementare e che sarebbe possibile svilupparlo per specifiche applicazioni del mondo reale abbastanza rapidamente. "Dipende da quanto sono motivate le persone, " dice. "Ma non vedo enormi barriere all'uso su larga scala. Penso che si possa fare entro un anno".

Il team di ricerca comprendeva gli studenti laureati del MIT Ariel Anders e Yangying Zhu, Affiliato alla ricerca Banafsheh Barabadi, ex-alunna Evelyn Tio '14, e lo studente universitario DingRan Dai. Il lavoro è stato sostenuto dall'Office of Naval Research e dalla National Science Foundation.