Bevægelig mikroplatform flyder på et hav af dråber (m/ video)

Mikroelektromekaniske systemer, eller MEMS, er små maskiner fremstillet ved hjælp af udstyr og processer udviklet til fremstilling af elektroniske chips og enheder. De har fundet en lang række applikationer i nutidens forbrugerelektronik, men deres bevægelige dele kan slides over tid som følge af friktion.

En ny tilgang udviklet af forskere ved MIT kunne tilbyde en ny måde at fremstille bevægelige dele uden faste forbindelser mellem stykkerne, muligvis eliminere en større kilde til slid og fejl.

Det nye system bruger et lag flydende dråber til at understøtte en lille, bevægelig platform, som i det væsentlige flyder oven på dråberne. Dråberne kan være vand eller anden væske, og platformens præcise bevægelser kan styres elektrisk, gennem et system, der kan ændre størrelsen på dråberne til at hæve, nederste, og vippe platformen.

De nye fund er rapporteret i et papir i Anvendt fysik bogstaver , medforfatter af Daniel Preston, en MIT -kandidatstuderende; Evelyn Wang, Gail E. Kendall lektor i maskinteknik; og fem andre.

Preston forklarer, at det nye system kunne bruges til at fremstille enheder såsom faser til mikroskopprøver. Mikroskopets fokus kunne kontrolleres ved at hæve eller sænke scenen, hvilket ville indebære ændring af formerne for understøttende væskedråber.

Systemet fungerer ved at ændre måden, hvorpå dråberne interagerer med overfladen under dem, styret af en egenskab kendt som kontaktvinklen. Denne vinkel er et mål for, hvor stejl kanten af ​​dråben er på det punkt, hvor den møder overfladen. På hydrofilt, eller vandtrækkende, overflader, dråber spredes næsten fladt, producerer en meget lille kontaktvinkel, mens den er hydrofob, eller vandafvisende, overflader får dråber til at være næsten sfæriske, rører næppe overfladen, med meget store kontaktvinkler. På visse former for dielektriske overflader, disse kvaliteter kan "afstemmes" på tværs af hele området ved blot at variere en spænding, der påføres overfladen.

Efterhånden som overfladen bliver mere hydrofob og dråberne bliver rundere, deres toppe stiger længere fra overfladen, dermed hæve platformen - i disse tests, et tyndt kobberark - der flyder på dem. Ved selektivt at ændre forskellige dråber med forskellige mængder, platformen kan også selektivt vippes. Dette kunne bruges, for eksempel, at ændre vinklen på en spejlet overflade for at målrette en laserstråle, Siger Preston. "Der er mange eksperimenter, der bruger lasere, det kunne virkelig drage fordel af en måde at foretage disse små bevægelser på. "

For at bevare dråbernes placering frem for at lade dem glide rundt, holdet behandlede undersiden af ​​den flydende platform. De gjorde den samlede overflade hydrofob, men med små cirkler af hydrofilt materiale. Den vej, alle dråberne er sikkert "fastgjort" til de vandtrækkende overflader, holde platformen sikkert på plads.

I gruppens første testapparat, den lodrette positionering kan styres til inden for en præcision på 10 mikron, eller milliontedele af en meter, over et bevægelsesområde på 130 mikron.

MEMS -enheder, Preston siger, "mislykkes ofte, når der er en fast-fast kontakt, der slides, eller bare sidder fast. På disse meget små skalaer, ting går let i stykker. "

Selvom grundteknologien bag ændringen af ​​dråbeformer på en overflade ikke er en ny idé, Preston siger, "ingen har brugt det til at flytte en scene, uden nogen fast-fast kontakt. Den virkelige innovation her er at kunne flytte et trin op og ned, og ændre dens vinkel, uden nogen faste materialeforbindelser. "

I princippet, det ville være muligt at bruge et stort udvalg af elektroder, der kunne justeres til at flytte en platform på tværs af en overflade på præcise måder, foruden op og ned. For eksempel, det kan bruges til "lab on a chip" -applikationer, hvor en biologisk prøve kunne monteres på platformen og derefter flyttes rundt fra et teststed til et andet på mikrochippen.

Han siger, at systemet er relativt enkelt at implementere, og at det ville være muligt at udvikle det til specifik virkelige applikationer temmelig hurtigt. ”Det afhænger af, hvor motiverede mennesker er, "siger han." Men jeg ser ingen store barrierer for storstilet brug. Jeg tror, ​​det kunne lade sig gøre inden for et år. "

Forskergruppen omfattede MIT -kandidatstuderende Ariel Anders og Yangying Zhu, Research Affiliate Banafsheh Barabadi, alumna Evelyn Tio '14, og bachelorstuderende DingRan Dai. Arbejdet blev støttet af Office of Naval Research og National Science Foundation.