Sensores de zanja para un control optimizado de microdispositivos

La capacidad de controlar con precisión la posición y el movimiento de dispositivos en miniatura se está llevando a un nuevo territorio a medida que los científicos de KAUST desarrollan dispositivos más pequeños y simples sin un solo sensor.

El posicionamiento de dispositivos microelectromecánicos en miniatura en aplicaciones industriales o médicas tradicionalmente se basa en una combinación de actuadores que provocan movimiento y sensores que detectan la posición, explica el posdoctorado Hussein Hussein. «Nuestro enfoque novedoso se deshace de los sensores», dice. Los dispositivos prototipo también usan un solo actuador en lugar de los varios que normalmente se requieren. Tener un solo actuador permitió a los investigadores reducir el tamaño de sus dispositivos y también reducir la complejidad de la electrónica y la fuente de alimentación.

Los dispositivos están fabricados a partir de una oblea de silicio sobre un aislante, con unas dimensiones finales de 2 por 2,5 milímetros de ancho y sólo 0,4 milímetros de espesor. La simplicidad del diseño al estar construido a partir de una sola oblea de material es otra innovación significativa: los dispositivos alternativos generalmente requieren varias partes distintas.

Hussein y el profesor de ingeniería eléctrica Hossein Fariborzi desarrollaron y probaron varias versiones de sus dispositivos y quedaron satisfechos con los prometedores resultados.

Demostraron que la aplicación de un voltaje adecuado puede cambiar la sección móvil a través de una serie de posiciones fijas separadas por solo 10 micrómetros. Esto llevaría cualquier componente que se esté posicionando en una aplicación del mundo real. Una fila de pestillos y pinzas dentadas a cada lado de la parte móvil la mantiene en posiciones estables sin necesidad de ningún sensor. Cambiar el voltaje puede devolver el sistema a su configuración original.

Hussein y Fariborzi creen que el rendimiento demostrado por sus prototipos algún día podría usarse para controlar con precisión instrumentos quirúrgicos en miniatura, lo que permitiría técnicas extremadamente finas que actualmente no son posibles. O podría usarse para entregar medicamentos en lugares y momentos muy precisos. Esperan que también pueda encontrar aplicaciones en muchas áreas de la industria donde la miniaturización y los microdispositivos están llevando la tecnología a escalas cada vez más bajas.

«Los dispositivos se pueden implementar en espacios muy estrechos sin agregar la congestión que podría estar involucrada utilizando métodos alternativos», dice Fariborzi. «Debido al diseño y control simples, podemos eliminar las conexiones eléctricas directas y permitir la activación remota y, por lo tanto, aumentar en gran medida la flexibilidad de este microsistema para su uso en diversas aplicaciones», dice.

Hussein dice que espera participar en el avance del trabajo hacia aplicaciones reales en el futuro. “El diseño básico podría ajustarse fácilmente para adaptarse a cualquier aplicación y ponerlo en práctica”, concluye.

Su trabajo está publicado en Fronteras en Ingeniería Mecánica.