Ricercatori della Binghamton University, I ricercatori della State University di New York hanno trovato un modo per migliorare le prestazioni di minuscoli sensori che potrebbero avere implicazioni di vasta portata per i dispositivi elettronici che usiamo ogni giorno.

Lo studio trova un modo più affidabile per utilizzare attuatori che controllano MEMS (sistemi microelettromeccanici), che sono dispositivi microscopici con parti mobili che sono spesso prodotti allo stesso modo dell'elettronica.

Il team di Binghamton ha scoperto che la combinazione di due metodi per l'attuazione elettrostatica, la piastra parallela e gli attuatori a levitazione, ha portato a una linearità prevedibile che nessuno di questi sistemi offriva da solo.

Questa indagine è finanziata da una sovvenzione della National Science Foundation condotta principalmente da Ph.D. lo studente Mark Pallay sotto la supervisione dell'investigatore principale Shahrzad (Sherry) Towfighian e del co-investigatore principale Ronald N. Miles, professore associato e illustre professore di ingegneria meccanica, rispettivamente.

Le scoperte del team potrebbero essere rivoluzionarie per la produzione di microfoni, perché con questo design il segnale può essere potenziato abbastanza in modo che il rumore di fondo dell'elettronica non sia più un problema. Ogni anno nel mondo vengono prodotti più di 2 miliardi di microfoni, e quel numero sta crescendo man mano che più dispositivi dispongono di interazione vocale.

"Il rumore elettronico è davvero difficile da eliminare, " Miles ha detto. "Si sente questo sibilo in sottofondo. Quando produci microfoni davvero piccoli, che è quello che vogliamo fare, il rumore è un problema sempre più grande. È sempre più una sfida. Questo è un modo per evitarlo e ridurre il rumore".

Towfighian, che ha studiato a lungo i MEMS, ha spiegato che gli attuatori nei micro-dispositivi sono normalmente solo due piastre con uno spazio tra di loro. Quelle piastre si chiudono e il dispositivo si attiva quando riceve una certa tensione.

È difficile mettere a punto quel tipo di attuatore, ma l'aggiunta di due elettrodi ai lati delle piastre crea un effetto di levitazione che le allontana simultaneamente e consente un migliore controllo del dispositivo.

"Combinando i due sistemi, possiamo sbarazzarci della non linearità, " ha detto. "Se gli dai un po' di tensione, si trova a una certa distanza e lo mantiene su un ampio raggio di movimento."

Miles ha affermato che la prevedibilità è fondamentale quando si costruiscono attuatori per microfoni, che sono stati al centro delle sue recenti ricerche.

"In un sensore, la vita è molto più facile se si sposta di un'unità e la tensione di uscita aumenta di una unità, o qualcosa in proporzione mentre vai, " ha detto. "In un attuatore, stai cercando di spingere le cose, quindi se gli dai il doppio della tensione, vuoi che vada due volte più lontano e non quattro volte più lontano.

"È come se avessi un righello in cui i pollici variano in lunghezza man mano che ti muovi. Con sensori capacitivi, hai queste strane variazioni con la sensibilità e l'uscita mentre sali sulla scala. È un enorme mal di testa".

Quando i ricercatori di Binghamton iniziarono il loro studio, non sapevano che combinare le due idee avrebbe fornito un risultato desiderabile come ha fatto.

"La magia, la stupida fortuna, è che le non linearità si annullano a vicenda, " Miles ha detto. " Tendono ad essere in direzioni opposte. Siamo in grado di dimostrare che su un intervallo significativo, sono lineari.

"Avendo entrambe queste configurazioni di elettrodi, ti dà più manopole da girare e più regolazioni che puoi fare applicando tensioni a diversi elettrodi. Con un semplice piatto parallelo, hai una tensione tra di loro e non hai molta libertà di progettazione. Con questo, ci sono più elettrodi e hai molto più controllo sul design."

Oltre alle possibilità di produzione di microfoni, rendendoli più piccoli, migliore e più economico—Towfighian vede come il nuovo design dell'attuatore può essere utilizzato nella sua linea di studio, che include giroscopi, accelerometri, sensori di pressione e altri tipi di interruttori.

"Abbiamo mostrato questo concetto a un livello base, ma ha ampie applicazioni, " ha detto. "Può migliorare la funzione di molti dispositivi, quindi l'impatto potrebbe essere enorme."

Lo studio, intitolato "Unione di attuatori a piastra parallela e levitazione per consentire linearità e sintonizzabilità nei MEMS elettrostatici, " è stato pubblicato in Il Giornale di Fisica Applicata .