Tutto intorno a noi, nascondendosi appena fuori dal nostro campo visivo, sono macchine minuscole. Piccoli accelerometri nelle nostre auto rilevano una collisione e dicono agli airbag di gonfiarsi. I minuscoli giroscopi di un controller Nintendo Wii traducono il tuo swing di tennis in movimento sullo schermo. L'accelerometro di un iPhone, giroscopio, e il sensore di prossimità rilevano la sua posizione nello spazio.

Tutte queste piccole macchine, noti collettivamente come sistemi microelettromeccanici, o MEMS, hanno qualcosa in comune:sono attaccati a, o molto vicino a, una fonte di energia. Per applicazioni più ampie, come impianti cerebrali senza fili, scienziati e ingegneri hanno bisogno di energia a distanza. Ma mentre è facile inviare informazioni attraverso l'aria, pensa alle onde radio, inviare energia, soprattutto a una minuscola macchina, può essere un po' più complicato.

Ma ora un team di ricercatori, guidato dal dottorando Farrukh Mateen (ENG'18) del Boston University College of Engineering (ENG) e Raj Mohanty, un professore di fisica presso il College of Arts &Sciences (CAS) della BU, si stanno avvicinando a una soluzione. Hanno costruito un minuscolo dispositivo micromeccanico e l'hanno acceso e spento con un nanowatt di potenza, ovvero un miliardesimo di watt, da un metro di distanza. Il dispositivo, descritto nel 15 agosto, 2016, problema di Natura:microsistemi e nanoingegneria , è un sandwich in miniatura di oro e nitruro di alluminio che vibra, o risuona, alle frequenze delle microonde. Il minuscolo risonatore ha un diametro di soli 100 micrometri, un po' più largo della larghezza di un capello umano.

"La potenza wireless non è nuova, "dice Matteo, autore principale della carta. "Nikola Tesla lo ha dimostrato all'Esposizione Universale del 1893, ma crediamo che questa sia la prima volta che viene utilizzato con un risonatore micromeccanico".

In una seconda serie di esperimenti, il dispositivo ha raggiunto un'impressionante efficienza del 15% utilizzando una frequenza radio più elevata. Tali risultati sono stati pubblicati online il 16 agosto, 2016, problema di Lettere di fisica applicata .

L'applicazione più promettente per questo tipo di dispositivo risiede nel campo emergente dell'optogenetica:far luce su cellule cerebrali geneticamente modificate per farle comportare in un certo modo. Il campo offre un grande potenziale per la ricerca neuroscientifica, così come possibili trattamenti per disturbi neurologici come il morbo di Parkinson. Ma per piantare un dispositivo nel corpo, soprattutto il cervello, è impegnativo. Deve essere piccolo ed efficiente, a bassa potenza e a bassa radiazione. L'alimentazione deve raggiungere rapidamente il dispositivo, attraverso il tessuto osseo e cerebrale. "Non vorrai cambiare le batterie ogni giorno, "dice Mohanty, autore corrispondente su entrambi gli articoli, "e non vuoi friggerti il ​​cervello."

Ci sono due modi per inviare energia senza fili. Il primo, campi magnetici, ha una portata ridotta a meno che non vengano utilizzate bobine di filo di grandi dimensioni, limitando la loro utilità per piccoli dispositivi. Il secondo, campi elettrici, ha un raggio d'azione più lungo ma rimbalza praticamente su tutto. "Ma ci sono modi per aggirare questo, "dice Matteo, autore principale di entrambi gli articoli. "Pensavamo che l'ottimizzazione del ricevitore potesse essere la risposta".

Il team ha iniziato a pensare ai risonatori, materiali che vibrano naturalmente a determinate frequenze, come un trampolino che agita l'aria in un certo modo, o un bicchiere di vino che luccica in risposta a una certa frequenza sonora.

"I risonatori sono gli elementi costitutivi di tutte le micromacchine, " dice Mohanty. "Se potessimo farlo funzionare, potremmo costruirci sopra qualsiasi cosa."

Questo particolare risonatore è costituito da uno strato di nitruro di alluminio su una base di silicio. Il nitruro di alluminio è un materiale "piezoelettrico":quando rileva un campo elettrico, si flette o risuona. Il problema era costruire una minuscola antenna in modo che il materiale potesse percepire l'elettricità nell'aria.

"Abbiamo dovuto cambiare il nostro modo di pensare, "dice Mohanty. "Abbiamo detto, perché non usare il risonatore stesso come antenna? È qui che è arrivata la svolta". Il team ha trasformato il risonatore in quella che viene chiamata "antenna patch" aggiungendo sottili strati d'oro nella parte superiore e inferiore. La semplice soluzione ha funzionato.

"Sono rimasto davvero sorpreso quando ha funzionato, "dice Matteo, che ricorda di aver chiamato il suo collega, co-autore Carsten Mädler (GRS'16), quando ha rilevato per la prima volta un segnale. "Ho detto, 'Tizio! Devi vedere questo! Penso che possiamo attivare questa cosa in modalità wireless!'"

Sebbene la tecnologia sia agli inizi, Mateen vede molte potenziali applicazioni, dai sensori remoti per migliorare i caricabatterie dei cellulari agli impianti cerebrali. "L'idea di un'applicazione biomedica è semplicemente fantastica, " dice. "Sarebbe fantastico se finisse in un qualche tipo di prodotto che aiutasse l'umanità in qualche modo. Questo è un piccolo passo verso questo".