Инженеры-механики обнаружили революционную конструкцию микросенсоров

Исследователи из Бингемтонского и Северо-Восточного университетов нашли способ улучшить крошечные датчики, используемые во всем: от сотовых телефонов и умных часов до биомедицинских устройств.

×

Исследование, недавно опубликованное в журнале Small Он показывает лучший дизайн микроэлектромеханических систем (МЭМС), микроскопических устройств с движущимися частями, которые часто производятся так же, как электроника. Они используются в различных повседневных устройствах, таких как акселерометры, гироскопы, датчики давления и вибрации.

Профессор Шехерезада «Шерри» Тауфикян — преподаватель Школы инженерии и прикладных наук Томаса Г. Уотсона, факультет машиностроения — сотрудничал с докторантами Мохаммадом Мусави, доктором философии ’23 года, и Мохаммадом Аль-Загулом, а также доцентом Северо-Восточного университета Бенджамином Давайе на Эта бумага.

За последние несколько лет Тауфикян занимался проектированием Устройства площадью 1 квадратный миллиметр, использующие трибоэлектричество. Они собирают энергию от трения между двумя деликатными поверхностями и подают сигнал при получении удара. Они улучшили производительность этих устройств, чтобы повысить чувствительность и мощность.

Для текущего исследования «мы изготовили акселерометр MEMS, который изначально был плоским с четырьмя пружинами по бокам», — сказала она. «Вы можете думать об этом как о подвешенной пластине, и если вы поместите основание на что-то движущееся, одна из них будет двигаться относительно другой. Верхняя пластина также будет воздействовать на нижнюю пластину, и это трение превращается в заряды на поверхностях. из-за контакта и разделения, поэтому мы сделали эти акселерометры с автономным питанием».

×

Однако в одной из партий микроэлектромеханических систем, изготовленных с использованием передовых технологий микропроизводства на предприятии NanoScale Корнеллского университета, возникла ошибка. Небольшие поверхности были не плоскими, а куполообразными и имели две сломанные пружины. Товигян и ее команда чуть не выбросили его в мусор, но решили протестировать его на вибраторе в лаборатории МЭМС и его сборщике энергии.

«Мы поняли, что эти устройства на самом деле более гибкие», — сказала она. «Они могут выдержать вес до 70 граммов. [70 times normal gravity on Earth] Без каких-либо признаков поломки они приложили максимум усилий, чтобы вытащить его. Благодаря более высокому соотношению сигнал/шум акселерометр становится более чувствительным и обеспечивает лучшее обнаружение».

У Туфджяна уже есть идеи о том, где можно использовать улучшенные микроэлектромеханические системы, например, в устройствах раскрытия подушек безопасности или в экстремальных условиях. Но сначала ей и ее команде необходимо разработать более контролируемый способ создания их так, чтобы они выглядели в единых, изогнутых структурах, которые им нужны, а не были случайными.

«Мы будем проектировать все последующие устройства на основе куполообразной формы, которая дает нам больший диапазон движения и большую гибкость, что позволит создавать более мощные устройства», — сказала она.

После получения докторской степени Мусави работал инженером в компании Knowles Corp., работая над новейшими микрофонами MEMS.

Small входит в число лучших междисциплинарных журналов, охватывающих широкий спектр тем в нано- и микромасштабе на стыке материаловедения, химии, физики, техники, медицины и биологии.