Mikroelektromekaniska system, eller MEMS, är små maskiner tillverkade med hjälp av utrustning och processer som utvecklats för tillverkning av elektroniska chips och enheter. De har hittat en mängd olika applikationer inom dagens konsumentelektronik, men deras rörliga delar kan slita ut över tid till följd av friktion.

En ny metod som utvecklats av forskare vid MIT kan erbjuda ett nytt sätt att tillverka rörliga delar utan fasta förbindelser mellan bitarna, eventuellt eliminera en stor källa till slitage och fel.

Det nya systemet använder ett lager flytande droppar för att stödja en liten, flyttbar plattform, som i huvudsak flyter ovanpå dropparna. Dropparna kan vara vatten eller annan vätska, och plattformens exakta rörelser kan styras elektriskt, genom ett system som kan ändra måtten på dropparna för att höjas, lägre, och luta plattformen.

De nya fynden rapporteras i en artikel i Tillämpad fysikbokstäver , medförfattare av Daniel Preston, en MIT -doktorand; Evelyn Wang, Gail E. Kendall docent i maskinteknik; och fem andra.

Preston förklarar att det nya systemet kan användas för att tillverka enheter som scener för mikroskopprover. Mikroskopets fokus kan kontrolleras genom att höja eller sänka scenen, vilket skulle innebära att man ändrar formerna för stödjande vätskedroppar.

Systemet fungerar genom att ändra hur dropparna interagerar med ytan under dem, styrs av en egenskap som kallas kontaktvinkel. Denna vinkel är ett mått på hur brant droppens kant är vid den punkt där den möter ytan. På hydrofilt, eller vatten-lockande, ytor, droppar sprids nästan platt, ger en mycket liten kontaktvinkel, medan hydrofob, eller vattenavvisande, ytor gör att droppar är nästan sfäriska, knappt vidrör ytan, med mycket stora kontaktvinklar. På vissa typer av dielektriska ytor, dessa egenskaper kan "stämmas" över hela det intervallet genom att helt enkelt variera en spänning som appliceras på ytan.

När ytan blir mer hydrofob och dropparna blir rundare, deras toppar stiger längre från ytan, vilket höjer plattformen - i dessa tester, ett tunt koppark - som flyter på dem. Genom att selektivt ändra olika droppar med olika mängder, plattformen kan också selektivt lutas. Detta kan användas, till exempel, att ändra vinkeln på en speglad yta för att rikta en laserstråle, Säger Preston. "Det finns många experiment som använder lasrar, som verkligen kan dra nytta av ett sätt att göra dessa småskaliga rörelser. "

För att behålla dropparnas placering i stället för att låta dem glida runt, laget behandlade undersidan av den flytande plattformen. De gjorde den övergripande ytan hydrofob, men med små cirklar av hydrofilt material. På det sättet, alla droppar är säkert "fästa" på de vattenattraktiva ytorna, hålla plattformen säkert på plats.

I gruppens första testapparat, den vertikala positioneringen kan styras till en precision på 10 mikron, eller miljondelar av en meter, över ett rörelseområde på 130 mikron.

MEMS -enheter, Preston säger, "misslyckas ofta när det finns en solid-fast kontakt som slits ut, eller bara fastnar. På dessa mycket små skalor, saker går lätt sönder. "

Även om grundtekniken bakom ändringen av droppformar på en yta inte är en ny idé, Preston säger, "ingen har använt den för att flytta en scen, utan någon fast-fast kontakt. Den verkliga innovationen här är att kunna flytta en scen upp och ner, och ändra dess vinkel, utan några fasta materialanslutningar. "

I princip, det skulle vara möjligt att använda ett stort antal elektroder som kan justeras för att flytta en plattform över en yta på exakta sätt, förutom upp och ner. Till exempel, den kan användas för "lab on a chip" -applikationer, där ett biologiskt prov kunde monteras på plattformen och sedan flyttas från en testplats till en annan på mikrochipet.

Han säger att systemet är relativt enkelt att implementera och att det skulle vara möjligt att utveckla det för specifika verkliga applikationer ganska snabbt. "Det beror på hur motiverade människor är, "säger han." Men jag ser inga stora hinder för storskalig användning. Jag tror att det kan göras inom ett år. "

Forskargruppen inkluderade MIT -doktorander Ariel Anders och Yangying Zhu, Research Affiliate Banafsheh Barabadi, alumna Evelyn Tio '14, och doktorand DingRan Dai. Arbetet stöddes av Office of Naval Research och National Science Foundation.