Sistemas microeletromecânicos, ou MEMS, são minúsculas máquinas fabricadas com equipamentos e processos desenvolvidos para a produção de chips e dispositivos eletrônicos. Eles encontraram uma grande variedade de aplicações nos eletrônicos de consumo de hoje, mas suas partes móveis podem se desgastar com o tempo como resultado do atrito.

Uma nova abordagem desenvolvida por pesquisadores do MIT poderia oferecer uma nova maneira de fazer peças móveis sem conexões sólidas entre as peças, potencialmente eliminando uma importante fonte de desgaste e falha.

O novo sistema usa uma camada de gotículas de líquido para sustentar uma pequena, plataforma móvel, que essencialmente flutua no topo das gotas. As gotículas podem ser água ou algum outro fluido, e os movimentos precisos da plataforma podem ser controlados eletricamente, através de um sistema que pode alterar as dimensões das gotas para aumentar, diminuir, e incline a plataforma.

As novas descobertas são relatadas em um artigo em Cartas de Física Aplicada , co-autoria de Daniel Preston, um estudante de pós-graduação do MIT; Evelyn Wang, o Professor Associado Gail E. Kendall de Engenharia Mecânica; e cinco outros.

Preston explica que o novo sistema poderia ser usado para fazer dispositivos como palcos para espécimes de microscópio. O foco do microscópio pode ser controlado levantando ou abaixando o palco, que envolveria a mudança das formas das gotículas de líquido de suporte.

O sistema funciona alterando a forma como as gotículas interagem com a superfície abaixo delas, regido por uma característica conhecida como ângulo de contato. Este ângulo é uma medida de quão íngreme a borda da gota é no ponto onde ela encontra a superfície. No hidrofílico, ou atração de água, superfícies, as gotas se espalham quase planas, produzindo um ângulo de contato muito pequeno, enquanto hidrofóbico, ou repelente de água, superfícies fazem com que as gotículas sejam quase esféricas, mal tocando a superfície, com ângulos de contato muito grandes. Em certos tipos de superfícies dielétricas, essas qualidades podem ser "sintonizadas" em toda a faixa simplesmente variando a voltagem aplicada à superfície.

Conforme a superfície fica mais hidrofóbica e as gotas ficam mais arredondadas, seus topos se elevam mais longe da superfície, elevando assim a plataforma - nesses testes, uma fina folha de cobre - que flutua sobre eles. Alterando seletivamente diferentes gotas em diferentes quantidades, a plataforma também pode ser inclinada seletivamente. Isso poderia ser usado, por exemplo, mudar o ângulo de uma superfície espelhada para apontar um feixe de laser, Preston diz. "Existem muitos experimentos que usam lasers, que poderia realmente se beneficiar de uma maneira de fazer esses movimentos em pequena escala. "

A fim de manter o posicionamento das gotas, em vez de deixá-las deslizar, a equipe tratou a parte inferior da plataforma flutuante. Eles tornaram a superfície geral hidrofóbica, mas com pequenos círculos de material hidrofílico. Dessa maneira, todas as gotículas são "fixadas" com segurança a essas superfícies que atraem água, mantendo a plataforma com segurança na posição.

No dispositivo de teste inicial do grupo, o posicionamento vertical pode ser controlado com uma precisão de 10 mícrons, ou milionésimos de metro, em uma amplitude de movimento de 130 mícrons.

Dispositivos MEMS, Preston diz, "muitas vezes falham quando há um contato sólido-sólido que se desgasta, ou simplesmente fica preso. Nessas escalas muito pequenas, as coisas quebram facilmente. "

Embora a tecnologia básica por trás da alteração do formato das gotas em uma superfície não seja uma ideia nova, Preston diz, "ninguém o usou para mover um palco, sem qualquer contato sólido-sólido. A verdadeira inovação aqui é ser capaz de mover um estágio para cima e para baixo, e mude seu ângulo, sem quaisquer conexões de materiais sólidos. "

Em princípio, seria possível usar uma grande variedade de eletrodos que poderiam ser ajustados para mover uma plataforma através de uma superfície de maneiras precisas, além de para cima e para baixo. Por exemplo, pode ser usado para aplicações de "laboratório em um chip", onde uma amostra biológica pode ser montada na plataforma e, em seguida, movida de um local de teste para outro no microchip.

Ele diz que o sistema é relativamente simples de implementar e que seria possível desenvolvê-lo para aplicações específicas do mundo real com bastante rapidez. "Depende de como as pessoas estão motivadas, "ele diz." Mas eu não vejo nenhuma barreira enorme para o uso em larga escala. Acho que isso poderia ser feito em um ano. "

A equipe de pesquisa incluiu os alunos de pós-graduação do MIT Ariel Anders e Yangying Zhu, Afiliado de pesquisa Banafsheh Barabadi, alumna Evelyn Tio '14, e o estudante de graduação DingRan Dai. O trabalho foi apoiado pelo Office of Naval Research e pela National Science Foundation.