Elektromekaniska sensorer talar om för krockkudden i din bil att blåsa upp och rotera din iPhone-skärm för att matcha din position på soffan. Nu gör en forskargrupp vid Tel Avivs universitets tekniska fakultet tekniken ännu mer användbar.
Prof. Yael Hanein, Dr Slava Krylov och deras doktorand Assaf Ya'akobovitz har bestämt sig för att göra sensorer för mikroelektromekaniska system (MEMS) betydligt mer känsliga och pålitliga än de är idag. Och de krymper sitt arbete till nanostorlek för att göra det.
Känsligare sensorer betyder fler spännande tv-spel, bättre fungerande proteser, bilar som kan upptäcka kollisioner och farliga svängar innan de inträffar, och -- inom försvarsindustrin -- missiler som kan nå ett mål mycket mer exakt.
Små jordbävningar
Kan "känna" och känna rörelsen hos enskilda atomer, forskarnas nya MEMS-avkänningsenhet använder små kolrör, nano i storlek -- ungefär en miljarddels meter lång. Att skapa dessa små rör med en process som involverar metangas och en ugn, Prof. Hanein har utvecklat en metod där de placerar sig på en yta av ett kiselchip för att exakt känna av små rörelser och förändringar i gravitationen.
I enheten som utvecklats av Prof. Haneins och Dr. Krylovs team, ett mycket litet nanometerrör läggs till på mycket större MEMS-enheter i mikrometerskala. Små deformiteter i rörens kristallstruktur registrerar en förändring i nanoobjektets rörelse, och leverera rörelsens amplitud genom en elektrisk impuls. "Det är en så liten sak, " Prof. Hanein säger. "Men efter vår resolution, vi kan känna rörelsen hos föremål så små som några få atomer."
"Ursprungligen utvecklad främst för bilindustrin, miniatyrsensorer finns runt omkring oss, " säger Prof. Hanein. "Vi har kunnat tillverka en ny enhet där nanostrukturerna sätts på en stor yta - och de kan arrangeras i en process som inte kräver mänsklig inblandning, så de är lättare att tillverka. Vi kan köra dessa nanoavkännande rör till vart vi än behöver dem, vilket kan vara mycket bekvämt och kostnadseffektivt inom ett brett spektrum av branscher."
Tills nu, Prof. Hanein förklarar, området för att skapa sensorer för nanoteknik har i första hand varit baserat på manuell drift som kräver tidskrävande tekniker. Prof. Hanein och hennes team har utvecklat ett känsligt men rikligt och kostnadseffektivt material som kan beläggas på proteser, infogas i nya videospel för mer spännande spel, och används av bilindustrin för att upptäcka en potentiell kollision innan den blir dödlig.
Tekniken har presenterats i ett antal peer-reviewed tidskrifter inklusive Journal of Micromechanics and Micro-engineering; vid en MEMS-konferens i Hong Kong; och på en nanokonferens i Tirol, Österrike i mars.
Marknader i rörelse
Marknaden för MEMS-enheter, som tar mekaniska signaler och omvandlar dem till elektriska impulser, beräknas vara värd miljarder. "Den största utmaningen som branschen står inför idag är att göra dessa grundläggande sensorer mycket känsligare, att känna igen små förändringar i rörelse och position. Det finns uppenbarligen ett enormt intresse från militären, som erkänner navigeringspotentialen hos sådan teknik, men det finns också humanitära och rekreationsanvändningar som kan komma ur sådana militära utvecklingar, " Prof. Hanein betonar. Mer känsliga MEMS kan spela en roll vid guidad kirurgi, till exempel.
TAU-teamet arbetar med att optimera systemet, i hopp om att göra den minst 100 gånger känsligare än någon sensorenhet på marknaden idag.
