Runt omkring oss, gömmer sig precis utanför vårt synfält, är små maskiner. Små accelerometrar i våra bilar känner av en kollision och säger åt krockkuddarna att blåsa upp. En Nintendo Wii-kontrollers små gyroskop översätter din tennissving till rörelse på skärmen. En iPhones accelerometer, gyroskop, och närhetssensor känner av dess plats i rymden.

Alla dessa små maskiner, kallas gemensamt för mikroelektromekaniska system, eller MEMS, har något gemensamt:de är knutna till, eller mycket nära, en strömkälla. För bredare tillämpningar, som trådlösa hjärnimplantat, forskare och ingenjörer behöver kraft på avstånd. Men även om det är lätt att skicka information genom luften – tänk på radiovågor – skickar kraft, speciellt till en mycket liten maskin, kan vara lite knepigare.

Men nu ett team av forskare, ledd av Boston University College of Engineering (ENG) doktorand Farrukh Mateen (ENG'18) och Raj Mohanty, professor i fysik vid BU:s College of Arts &Sciences (CAS), närmar sig en lösning. De har byggt en liten mikromekanisk enhet och slagit på och av den med en nanowatt effekt – det är en miljarddels watt – på tre fots avstånd. Enheten, beskrivs i den 15 augusti, 2016, frågan om Natur:Mikrosystem och nanoteknik , är en miniatyrsmörgås av guld och aluminiumnitrid som vibrerar, eller ger resonans, vid mikrovågsfrekvenser. Den lilla resonatorn är bara 100 mikrometer i diameter - lite bredare än bredden på ett människohår.

"Trådlös ström är inte nytt, " säger Mateen, huvudförfattare på tidningen. "Nikola Tesla demonstrerade det på världsmässan 1893; men vi tror att det är första gången den används med en mikromekanisk resonator."

I en andra omgång av experiment, enheten uppnådde en imponerande effektivitet på 15 procent med en högre radiofrekvens. Dessa resultat publicerades online den 16 augusti, 2016, frågan om Bokstäver i tillämpad fysik .

Den mest lovande applikationen för den här typen av anordningar ligger inom det framväxande området för optogenetik:att lysa på genetiskt modifierade hjärnceller för att få dem att bete sig på ett visst sätt. Fältet erbjuder stor potential för neurovetenskaplig forskning, samt möjliga behandlingar för neurologiska störningar som Parkinsons sjukdom. Men för att plantera en enhet i kroppen, speciellt hjärnan, är utmanande. Den måste vara liten och effektiv, låg effekt och låg strålning. Strömmen måste gå till enheten snabbt, genom ben- och hjärnvävnad. "Du vill inte behöva byta batterier varje dag, säger Mohanty, motsvarande författare på båda tidningarna, "och du vill inte steka din hjärna."

Det finns två sätt att skicka ström utan ledningar. Den första, magnetiska fält, har en kort räckvidd om inte stora trådspolar används, begränsar deras användbarhet för små enheter. Den andra, elektriska fält, har längre räckvidd men studsar av i stort sett allt. "Men det finns sätt att komma runt det här, " säger Mateen, huvudförfattare på båda tidningarna. "Vi trodde att optimering av mottagaren kan vara svaret."

Teamet började tänka på resonatorer – material som naturligt vibrerar vid vissa frekvenser – som en hoppbräda som piskar luften på ett visst sätt, eller ett vinglas som shimmar som svar på en viss ljudfrekvens.

"Resonatorer är byggstenarna i alla mikromaskiner, " säger Mohanty. "Om vi ​​kunde få det att fungera, vi kan bygga vad som helst ovanpå det."

Denna speciella resonator består av ett lager av aluminiumnitrid på en kiselbas. Aluminiumnitrid är ett "piezoelektriskt" material - när det känner av ett elektriskt fält, det böjer sig eller resonerar. Problemet var att bygga en liten antenn så att materialet kunde känna av elektriciteten i luften.

"Vi var tvungna att ändra vårt tänkande, " säger Mohanty. "Vi sa, varför inte använda själva resonatorn som antenn? Det var där genombrottet kom." Teamet förvandlade resonatorn till vad som kallas en "patch-antenn" genom att lägga till tunna lager av guld på toppen och botten. Den enkla lösningen gjorde susen.

"Jag blev verkligen förvånad när det fungerade, säger Mateen, som minns att han ringde till sin kollega, medförfattare Carsten Mädler (GRS'16), när han först upptäckte en signal. "Jag sade, 'Dude! Du måste se detta! Jag tror att vi kan aktivera den här grejen trådlöst!'"

Även om tekniken är i sin linda, Mateen ser många potentiella tillämpningar, från fjärrsensorer för att förbättra mobiltelefonladdare till hjärnimplantat. "Idén med en biomedicinsk applikation är bara fantastisk, "säger han." Det skulle vara bra om det hamnade i någon produkt som hjälpte mänskligheten på något sätt. Det här är ett litet steg mot det. "