(Phys.org)—I ricercatori hanno imparato come produrre in serie piccoli dispositivi meccanici che potrebbero aiutare gli utenti di telefoni cellulari a evitare il fastidio di chiamate cadute e download lenti. I dispositivi sono progettati per ridurre la congestione sulle onde radio per migliorare le prestazioni dei telefoni cellulari e di altri dispositivi portatili.

"Non c'è abbastanza spettro radio per tenere conto del dispositivo portatile portatile di tutti, "ha detto Jeffrey Rhoads, professore associato di ingegneria meccanica alla Purdue University.

Il sovraffollamento provoca l'interruzione delle chiamate, segnali di occupato, qualità delle chiamate degradata e download più lenti. Per contrastare il problema, l'industria sta cercando di costruire sistemi che operino con canali più definiti in modo che un numero maggiore di essi possa adattarsi alla larghezza di banda disponibile.

"Per farlo servono filtri più precisi per telefoni cellulari e altri dispositivi radio, sistemi che respingono il rumore e consentono il passaggio di segnali solo vicini a una data frequenza, " disse Saeed Mohammadi, un professore associato di ingegneria elettrica e informatica che sta lavorando con Rhoads, dottorando Hossein Pajouhi e altri ricercatori.

Il team di Purdue ha creato dispositivi chiamati risonatori nanoelettromeccanici, che contengono un minuscolo raggio di silicio che vibra quando viene applicata la tensione. I ricercatori hanno dimostrato che i nuovi dispositivi sono prodotti con una resa di quasi il 100%, il che significa che quasi tutti i dispositivi creati su wafer di silicio hanno funzionato correttamente.

"Non stiamo inventando una nuova tecnologia, li stiamo realizzando utilizzando un processo suscettibile di fabbricazione su larga scala, che supera uno dei maggiori ostacoli alla diffusione commerciale di questi dispositivi, " ha detto Rhoads.

I risultati sono dettagliati in un documento di ricerca che appare online sulla rivista Transazioni IEEE sulla nanotecnologia . Il documento è stato scritto dai dottorandi Lin Yu e Pajouhi, Rhoads, Mohammadi e la studentessa laureata Molly Nelis.

Oltre al loro utilizzo come futuri filtri per cellulari, tali nanorisonatori potrebbero essere utilizzati anche per sensori chimici e biologici avanzati in applicazioni mediche e di difesa della patria e possibilmente come componenti di computer ed elettronica.

I dispositivi sono creati utilizzando silicio su isolante, o SOI, fabbricazione, lo stesso metodo utilizzato dall'industria per fabbricare altri dispositivi elettronici. Poiché SOI è compatibile con la tecnologia complementare metallo-ossido-semiconduttore, o CMOS, un altro pilastro della produzione elettronica utilizzato per fabbricare chip per computer, i risonatori possono essere facilmente integrati in circuiti e sistemi elettronici.

I risonatori sono in una classe di dispositivi chiamati sistemi nanoelettromeccanici, o NEM.

Si dice che il nuovo dispositivo sia "altamente sintonizzabile, " il che significa che potrebbe consentire ai ricercatori di superare le incongruenze di produzione comuni nei dispositivi su scala nanometrica.

"A causa delle differenze di produzione, non esistono due dispositivi su scala nanometrica che eseguono lo stesso rotolamento dalla catena di montaggio, " Disse Rhoads. "Devi essere in grado di sintonizzarli dopo l'elaborazione, che possiamo fare con questi dispositivi."

Il cuore del dispositivo è una trave di silicio attaccata alle due estremità. Il raggio è lungo circa due micron e largo 130 nanometri, o circa 1, 000 volte più sottile di un capello umano. Il raggio vibra al centro come una corda per saltare. L'applicazione di corrente alternata al raggio ne fa vibrare selettivamente da un lato all'altro o su e giù e consente inoltre di regolare con precisione il raggio, o sintonizzato.

È stato dimostrato che i nanorisonatori controllano le loro frequenze di vibrazione meglio di altri risonatori. I dispositivi potrebbero sostituire le parti elettroniche per ottenere prestazioni più elevate e un consumo energetico inferiore.

"Un vivido esempio è un filtro sintonizzabile, " ha detto Mohammadi. "È molto difficile fare un buon filtro sintonizzabile con i transistor, induttori, e altri componenti elettronici, ma un semplice risonatore nanomeccanico può fare il lavoro con prestazioni molto migliori e ad una frazione della potenza."

Non solo sono più efficienti delle loro controparti elettroniche, Egli ha detto, ma sono anche più compatti.

"Poiché i dispositivi sono minuscoli e la fabbricazione ha una resa quasi del 100%, possiamo racchiudere milioni di questi dispositivi in ​​un piccolo chip se necessario, " ha detto Mohammadi. "È troppo presto per sapere esattamente come questi troveranno applicazione nell'informatica, ma dal momento che possiamo realizzare questi minuscoli dispositivi meccanici con la stessa facilità dei transistor, dovremmo essere in grado di mescolarli e abbinarli tra loro e anche con i transistor per ottenere funzioni specifiche. Non solo puoi metterli fianco a fianco con computer standard e chip elettronici, but they tend to work with near 100 percent reliability."

The new resonators could provide higher performance than previous MEMS, or microelectromechanical systems.

In sensing application, the design enables researchers to precisely measure the frequency of the vibrating beam, which changes when a particle lands on it. Analyzing this frequency change, allows researchers to measure minute masses. Similar sensors are now used to research fundamental scientific questions. Però, recent advances may allow for reliable sensing with portable devices, opening up a range of potential applications, Rhoads said.

Such sensors have promise in detecting and measuring constituents such as certain proteins or DNA for biological testing in liquids, gases and the air, and the NEMS might find applications in breath analyzers, industrial and food processing, national security and defense, and food and water quality monitoring.

"The smaller your system the smaller the mass you can measure, " Rhoads said. "Most of the field-deployable sensors we've seen in the past have been based on microscale technologies, so this would be hundreds or thousands of times smaller, meaning we should eventually be able to measure things that much smaller."