(Phys.org) —Os pesquisadores aprenderam a produzir em massa minúsculos dispositivos mecânicos que podem ajudar os usuários de telefones celulares a evitar o incômodo de ligações perdidas e downloads lentos. Os dispositivos são projetados para facilitar o congestionamento nas ondas aéreas para melhorar o desempenho de telefones celulares e outros dispositivos portáteis.

"Não há espectro de rádio suficiente para atender aos dispositivos portáteis de mão de todos, "disse Jeffrey Rhoads, professor associado de engenharia mecânica na Purdue University.

A superlotação resulta em chamadas perdidas, sinais de ocupado, degradação da qualidade da chamada e downloads mais lentos. Para combater o problema, A indústria está tentando construir sistemas que operem com canais definidos de forma mais precisa, para que mais deles possam caber na largura de banda disponível.

"Para fazer isso, você precisa de filtros mais precisos para telefones celulares e outros dispositivos de rádio, sistemas que rejeitam ruído e permitem a passagem de sinais apenas próximos a uma determinada frequência, "disse Saeed Mohammadi, um professor associado de engenharia elétrica e da computação que está trabalhando com Rhoads, estudante de doutorado Hossein Pajouhi e outros pesquisadores.

A equipe Purdue criou dispositivos chamados ressonadores nanoeletromecânicos, que contêm um minúsculo feixe de silício que vibra quando a voltagem é aplicada. Os pesquisadores mostraram que os novos dispositivos são produzidos com um rendimento de quase 100 por cento, o que significa que quase todos os dispositivos criados em wafers de silício funcionam corretamente.

"Não estamos inventando uma nova tecnologia, estamos fazendo-os usando um processo que pode ser fabricado em grande escala, que supera um dos maiores obstáculos para o uso comercial generalizado desses dispositivos, "Disse Rhoads.

Os resultados são detalhados em um artigo de pesquisa que aparece online no jornal IEEE Transactions on Nanotechnology . O artigo foi escrito pelos alunos de doutorado Lin Yu e Pajouhi, Rhoads, Mohammadi e a estudante de graduação Molly Nelis.

Além de seu uso como filtros de telefones celulares futuros, tais nanorressonadores também poderiam ser usados ​​para sensores químicos e biológicos avançados em aplicações médicas e de defesa interna e, possivelmente, como componentes em computadores e eletrônicos.

Os dispositivos são criados usando silício sobre isolante, ou SOI, fabricação - o mesmo método usado pela indústria para fabricar outros dispositivos eletrônicos. Como o SOI é compatível com a tecnologia de semicondutor de óxido de metal complementar, ou CMOS, outro pilar da fabricação de eletrônicos usado para fabricar chips de computador, os ressonadores podem ser integrados prontamente em circuitos e sistemas eletrônicos.

Os ressonadores estão em uma classe de dispositivos chamados sistemas nanoeletromecânicos, ou NEMS.

O novo dispositivo é considerado "altamente ajustável, "o que significa que pode permitir aos pesquisadores superar as inconsistências de fabricação que são comuns em dispositivos em nanoescala.

"Por causa das diferenças de fabricação, dois dispositivos em nanoescala não executam a mesma rolagem da linha de montagem, "Rhoads disse." Você deve ser capaz de ajustá-los após o processamento, que podemos fazer com esses dispositivos. "

O coração do dispositivo é um feixe de silício conectado em duas extremidades. O feixe tem cerca de dois mícrons de comprimento e 130 nanômetros de largura, ou cerca de 1, 000 vezes mais fino que um cabelo humano. A viga vibra no centro como uma corda de pular. Aplicar corrente alternada ao feixe faz com que ele vibre seletivamente de lado a lado ou para cima e para baixo e também permite que o feixe seja ajustado com precisão, ou sintonizado.

Os nanorressonadores mostraram controlar suas frequências de vibração melhor do que outros ressonadores. Os dispositivos podem substituir peças eletrônicas para obter maior desempenho e menor consumo de energia.

"Um exemplo vívido é um filtro ajustável, "Disse Mohammadi." É muito difícil fazer um bom filtro sintonizável com transistores, indutores, e outros componentes eletrônicos, mas um ressonador nanomecânico simples pode fazer o trabalho com um desempenho muito melhor e com uma fração da potência. "

Eles não são apenas mais eficientes do que suas contrapartes eletrônicas, ele disse, mas também são mais compactos.

"Como os dispositivos são minúsculos e a fabricação tem quase 100 por cento de rendimento, podemos empacotar milhões desses dispositivos em um pequeno chip se precisarmos, "Disse Mohammadi." É muito cedo para saber exatamente como eles encontrarão aplicação na computação, mas uma vez que podemos fazer esses minúsculos dispositivos mecânicos tão facilmente quanto transistores, devemos ser capazes de misturá-los e combiná-los uns com os outros e também com transistores para realizar funções específicas. Você não só pode colocá-los lado a lado com um computador padrão e chips eletrônicos, mas eles tendem a trabalhar com quase 100 por cento de confiabilidade. "

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. Contudo, 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."