(Phys.org) - Fabricantes de minúsculas máquinas móveis - o tipo que está sendo desenvolvido para nanofabricação e montagem, bem como para outros usos - você sabe onde seus micro e nanorrobôs realmente estão?

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Uma equipe de pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia provavelmente prevaleceria nessa aposta hipotética. Com base em suas descobertas surpreendentes em um estudo rigoroso dos movimentos de um sistema microeletromecânico experimental (MEMS), a equipe pode até oferecer chances melhores do que pares.

O grupo rastreou, pela primeira vez, o movimento passo a passo de um dispositivo MEMS do tipo padrão, denominado "atuador de unidade de rascunho, "uma micromáquina (120 micrômetros de largura, 50 micrômetros de comprimento, e 1,5 micrômetro de espessura) que se arrasta sobre uma superfície, flexionando e relaxando repetidamente um pequeno braço em forma de gancho. Usando um novo método de medição adaptado da pesquisa biofísica de molécula única, os pesquisadores acompanharam e mediram cada uma das 500 etapas do dispositivo ao longo de um caminho de 20 micrômetros. Eles descobriram que os movimentos incrementais variaram significativamente, de apenas alguns nanômetros (nm) a quase 100 nm.

Esta variabilidade acentuada nos tamanhos das etapas foi "inesperada, "diz Craig McGray, o primeiro autor do artigo. Tipicamente, Os pesquisadores de MEMS calcularam um tamanho médio de etapa, derivada da distância total percorrida por um dispositivo em muitos ciclos de operação. A média resultante não mostra a variabilidade dos tamanhos dos passos, enquanto modelos simples do comportamento do dispositivo deram a impressão de que os dispositivos se movem em incrementos uniformes.

Em vez de, McGray explica, "nosso método revelou tamanhos de passos muito irregulares, que não havia sido observado anteriormente nem previsto por modelos estabelecidos de comportamento de MEMS. "

Em seu experimento de prova de conceito, a equipe do NIST rotulou a superfície de um atuador de acionamento de arranhões com nanopartículas fluorescentes. Sob um microscópio de fluorescência, as nanopartículas apareceram como pontos de luz em uma constelação semelhante a uma estrela. A posição de cada ponto de luz foi medida com uma precisão extremamente alta, renderizar o equivalente a uma série de mapas de constelação e capturar a posição e a orientação do dispositivo conforme ele se movia sobre uma superfície.

Antes e depois de cada etapa do dispositivo ao longo do caminho, duas imagens da constelação foram tiradas. Os dados foram então analisados ​​para determinar os incrementos e rotações passo a passo, e a incerteza em ambos os valores.

Com sua abordagem inovadora, a equipe do NIST calculou o tamanho de cada movimento dentro de 1,85 nm, (menor do que a largura de uma fita de DNA) e a mudança na orientação do dispositivo, também a uma incerteza extremamente baixa. Em vez de uma linha reta composta de pontos uniformemente espaçados, o dispositivo tomou uma rota um tanto irregular que se curvou ligeiramente, com cada etapa variando em comprimento e orientação.

Em um teste subsequente, os pesquisadores mediram um segundo atuador scratch drive feito pelo mesmo fabricante. Os resultados também diferiram de forma inesperada e significativa, como indicado por uma diferença de 26,3 nm nos tamanhos médios dos passos.

Mesmo enquanto eles trabalham para refinar seu método de microscopia de fluorescência de super-resolução, a equipe acredita que a abordagem pode ser amplamente útil na área de sistemas eletromecânicos extremamente pequenos.