Tudo a nossa volta, escondendo-se fora do nosso campo de visão, são máquinas minúsculas. Minúsculos acelerômetros em nossos carros detectam uma colisão e dizem aos airbags para inflar. Os minúsculos giroscópios do controle do Nintendo Wii traduzem sua tacada de tênis em movimento na tela. O acelerômetro de um iPhone, giroscópio, e o sensor de proximidade detecta sua localização no espaço.

Todas essas pequenas máquinas, conhecidos coletivamente como sistemas microeletromecânicos, ou MEMS, têm algo em comum:eles estão apegados, ou muito perto de, uma fonte de energia. Para aplicações mais amplas, como implantes cerebrais sem fio, cientistas e engenheiros precisam de energia à distância. Mas embora seja fácil enviar informações pelo ar - pense em ondas de rádio - enviando energia, especialmente para uma máquina minúscula, pode ser um pouco mais complicado.

Mas agora uma equipe de pesquisadores, liderado pelo candidato a PhD do Boston University College of Engineering (ENG), Farrukh Mateen (ENG'18) e Raj Mohanty, professor de física na Faculdade de Artes e Ciências (CAS) da BU, estão se aproximando de uma solução. Eles construíram um minúsculo dispositivo micromecânico e o ligaram e desligaram com um nanowatt de potência - que é um bilionésimo de watt - a um metro de distância. O dispositivo, descrito em 15 de agosto, 2016, emissão de Nature:Microsystems and Nanoengineering , é um sanduíche em miniatura de nitreto de ouro e alumínio que vibra, ou ressoa, em frequências de microondas. O minúsculo ressonador tem apenas 100 micrômetros de diâmetro - um pouco mais largo do que a largura de um fio de cabelo humano.

"O poder sem fio não é novo, "diz Mateen, autor principal do artigo. "Nikola Tesla demonstrou isso na Feira Mundial de 1893; mas acreditamos que esta é a primeira vez que é usado com um ressonador micromecânico."

Em uma segunda rodada de experimentos, o dispositivo alcançou uma eficiência impressionante de 15 por cento usando uma frequência de rádio mais alta. Esses resultados foram publicados online em 16 de agosto, 2016, emissão de Cartas de Física Aplicada .

A aplicação mais promissora para esse tipo de dispositivo está no campo emergente da optogenética:iluminar as células cerebrais geneticamente modificadas para fazê-las se comportar de uma determinada maneira. O campo oferece um grande potencial para pesquisas em neurociência, bem como possíveis tratamentos para distúrbios neurológicos como a doença de Parkinson. Mas para plantar um dispositivo no corpo, especialmente o cérebro, é desafiador. Precisa ser pequeno e eficiente, baixa potência e baixa radiação. A energia deve chegar ao dispositivo rapidamente, através do tecido ósseo e cerebral. "Você não quer ter que trocar as baterias todos os dias, "diz Mohanty, autor correspondente em ambos os artigos, "e você não quer fritar seu cérebro."

Existem duas maneiras de enviar energia sem fios. O primeiro, Campos magnéticos, tem um alcance curto, a menos que grandes bobinas de fio sejam usadas, limitando sua utilidade para dispositivos minúsculos. O segundo, campos elétricos, tem um alcance maior, mas ricocheteia em quase tudo. "Mas existem maneiras de contornar isso, "diz Mateen, autor principal em ambos os artigos. "Achamos que otimizar o receptor pode ser a resposta."

A equipe começou a pensar em ressonadores - materiais que vibram naturalmente em certas frequências - como um trampolim que balança o ar de uma certa maneira, ou uma taça de vinho que balança em resposta a uma certa frequência sonora.

"Os ressonadores são os blocos de construção de todas as micromáquinas, "diz Mohanty." Se pudéssemos fazer isso funcionar, poderíamos construir qualquer coisa em cima dele. "

Este ressonador específico consiste em uma camada de nitreto de alumínio em uma base de silício. O nitreto de alumínio é um material "piezoelétrico" - quando detecta um campo elétrico, ele flexiona ou ressoa. O problema era construir uma pequena antena para que o material pudesse sentir a eletricidade no ar.

"Tivemos que mudar nosso pensamento, "diz Mohanty." Nós dissemos, por que não usar o próprio ressonador como antena? É aí que veio o avanço. ”A equipe transformou o ressonador no que é chamado de“ antena patch ”, adicionando finas camadas de ouro na parte superior e inferior. A solução simples resolveu o problema.

"Fiquei realmente surpreso quando funcionou, "diz Mateen, que se lembra de ligar para seu colega, co-autor Carsten Mädler (GRS'16), quando ele detectou um sinal pela primeira vez. "Eu disse, 'Cara! Você precisa ver isso! Acho que podemos acionar essa coisa sem fio! '"

Embora a tecnologia esteja em sua infância, Mateen vê muitas aplicações potenciais, de sensores remotos para melhorar carregadores de telefones celulares a implantes cerebrais. "A ideia de um aplicativo biomédico é simplesmente incrível, "ele diz." Seria ótimo se acabasse em algum tipo de produto que ajudasse a humanidade de alguma forma. Este é um pequeno passo nessa direção. "