Antoine Legrain, doktorand vid universitetet i Twente, har utvecklat en metod för att designa mikroteknik i tre dimensioner. Den befintliga minielektroniken i datorer och smartphones, till exempel, är starkt tvådimensionell och bygger på ett mycket tunt lager. I en mikrovärld i 3D, fler transistorer kan sättas in i en kapsling, så vi får mer minne eller snabbare processorer. Legrain inspirerades i sitt arbete av Origami, den japanska konsten att vika, som han tillämpar på mikronivå. I detta fall, han arbetar med strukturer som har en diameter av ett saltkorn.

Mikroteknik har radikalt förändrat våra liv, både inom elektronik och mekanik. Alla stöter på detta varje dag och använder framgångsrika exempel, som accelerometern i smartphones eller sensorn i bilkrockkuddar. Dock, enorma framsteg kan fortfarande göras inom mikroteknik. De nuvarande applikationerna är tvådimensionella. Allt läggs på ett tunt lager glas eller silikon, som används i ren form för tillverkning av halvledarchips, till exempel, i smartphones.

"En tredimensionell mikrovärld erbjuder enorma fördelar", säger Legrain. "Förutom elektronik, vi kan också miniatyrisera tredimensionella mekaniska objekt från makrovärlden."

Origami på minimal nivå

Tekniken som Legrain beskriver i sin doktorsavhandling kan ligga till grund för en ny tredimensionell produktionsteknik som undviker den nuvarande tvådimensionella mikroteknikens begränsningar. Ett av de mest eleganta sätten att skapa tredimensionella strukturer, är med hjälp av vikning. Symbolen för denna teknik är Origami, den japanska konsten att vika, som han undersökte i detalj. I sin doktorsavhandling visar han att Origami kan appliceras på alla möjliga nivåer (se figur):från solpaneler och robotar till nu, därför, den speciella appliceringen av Origami med en diameter på 200 mikron (0,2 millimeter), storleken på ett saltkorn.

"Självklart, vi kan inte vika oss i mikroskalan med fingrarna, och tricks krävs, " säger Legrain. "Jag använder ytspänningen hos vätskor för att vika mikrostrukturer. Det gör vi genom att förånga små droppar vatten. Dropparna appliceras på flexibla strukturer, som följaktligen fälls ihop. Om vi ​​designar det rätt, strukturen förblir vikt efter avdunstningen eftersom delarna förblir ihopklistrade. Och så har du skapat en 3D-struktur."

Nästa steg:massproduktion

Legrain beskriver i sin doktorsavhandling att den enklaste metoden för att applicera små droppar är med en spruta. "Denna metod är mindre lämplig för massproduktion, dock. Därför, vi undersökte om det är möjligt att tvinga droppen genom en liten kanal på baksidan av strukturen som ska vikas. Detta var lyckat, även om den storskaliga vikningen av tusentals strukturer samtidigt är långt kvar. När vi viker tredimensionella strukturer måste vi undvika att vika dem helt platt. Detta kan enkelt uppnås genom att noggrant välja vikordningen, eller genom att använda speciella detaljer."

Elektriska anslutningar

I sin doktorsavhandling, Legrain visar olika exempel på den senare tekniken. "Vikta mekaniska strukturer är intressanta, men har en begränsad tillämpning. Vi har därför undersökt om vi kan göra elektriska anslutningar till de rörliga delarna. Det är möjligt om anslutningarna är väl utformade. För massproduktion, det är viktigt att tusentals strukturer kan vikas samtidigt. Genom att sänka en behållare med tusentals band i vatten och sedan låta den torka, det gick att vika dem på en gång. Vi tror att det är möjligt att vika mer komplexa strukturer på samma sätt, men detta kräver fortfarande detaljerad uppföljning. Utsikterna är lovande, dock."