Systèmes microélectromécaniques, ou MEMS, sont de minuscules machines fabriquées à l'aide d'équipements et de procédés développés pour la production de puces et de dispositifs électroniques. Ils ont trouvé une grande variété d'applications dans l'électronique grand public d'aujourd'hui, mais leurs pièces mobiles peuvent s'user avec le temps à cause des frottements.

Une nouvelle approche développée par des chercheurs du MIT pourrait offrir une nouvelle façon de fabriquer des pièces mobiles sans connexions solides entre les pièces, éliminant potentiellement une source majeure d'usure et de défaillance.

Le nouveau système utilise une couche de gouttelettes liquides pour soutenir un minuscule plate-forme mobile, qui flotte essentiellement au-dessus des gouttelettes. Les gouttelettes peuvent être de l'eau ou un autre fluide, et les mouvements précis de la plate-forme peuvent être contrôlés électriquement, grâce à un système qui peut modifier les dimensions des gouttelettes à soulever, inférieur, et inclinez la plate-forme.

Les nouveaux résultats sont rapportés dans un article de Lettres de physique appliquée , co-écrit par Daniel Preston, un étudiant diplômé du MIT ; Evelyne Wang, le professeur agrégé Gail E. Kendall de génie mécanique; et cinq autres.

Preston explique que le nouveau système pourrait être utilisé pour fabriquer des dispositifs tels que des platines pour les spécimens de microscope. La mise au point du microscope peut être contrôlée en élevant ou en abaissant la platine, ce qui impliquerait de changer les formes des gouttelettes de liquide de support.

Le système fonctionne en modifiant la façon dont les gouttelettes interagissent avec la surface en dessous d'elles, régi par une caractéristique connue sous le nom d'angle de contact. Cet angle est une mesure de la pente du bord de la gouttelette au point où elle rencontre la surface. Sur hydrophile, ou attirant l'eau, superficies, gouttelettes étalées presque à plat, produisant un très petit angle de contact, tout en étant hydrophobe, ou hydrofuge, les surfaces rendent les gouttelettes presque sphériques, touchant à peine la surface, avec de très grands angles de contact. Sur certains types de surfaces diélectriques, ces qualités peuvent être "réglées" sur toute cette plage en faisant simplement varier une tension appliquée à la surface.

Au fur et à mesure que la surface devient plus hydrophobe et que les gouttelettes s'arrondissent, leurs sommets s'élèvent plus loin de la surface, élevant ainsi la plate-forme - dans ces tests, une fine feuille de cuivre — qui flotte sur eux. En changeant sélectivement différentes gouttelettes par différentes quantités, la plate-forme peut également être inclinée de manière sélective. Cela pourrait être utilisé, par exemple, changer l'angle d'une surface réfléchissante afin de diriger un faisceau laser, dit Preston. "Il y a beaucoup d'expériences qui utilisent des lasers, qui pourraient vraiment bénéficier d'un moyen de faire ces mouvements à petite échelle."

Afin de maintenir le positionnement des gouttelettes plutôt que de les laisser glisser, l'équipe a traité le dessous de la plate-forme flottante. Ils ont rendu la surface globale hydrophobe, mais avec de petits cercles de matière hydrophile. De cette façon, toutes les gouttelettes sont solidement « épinglées » sur ces surfaces attirant l'eau, maintenir la plate-forme en place de manière sûre.

Dans le dispositif de test initial du groupe, le positionnement vertical peut être contrôlé avec une précision de 10 microns, ou des millionièmes de mètre, sur une plage de mouvement de 130 microns.

appareils MEMS, Preston dit, " échouent souvent lorsqu'il y a un contact solide-solide qui s'use, ou tout simplement coincé. A ces très petites échelles, les choses s'effondrent facilement."

Bien que la technologie de base derrière la modification des formes de gouttelettes sur une surface ne soit pas une idée nouvelle, Preston dit, "personne ne l'a utilisé pour déplacer une scène, sans aucun contact solide-solide. La vraie innovation ici est de pouvoir monter et descendre une scène, et changer son angle, sans aucune connexion matérielle solide."

En principe, il serait possible d'utiliser un large éventail d'électrodes qui pourraient être ajustées pour déplacer une plate-forme sur une surface de manière précise, en plus de monter et descendre. Par exemple, il pourrait être utilisé pour des applications « laboratoire sur puce », où un échantillon biologique pourrait être monté sur la plate-forme, puis déplacé d'un site de test à un autre sur la micropuce.

Il dit que le système est relativement simple à mettre en œuvre et qu'il serait possible de le développer assez rapidement pour une application spécifique du monde réel. "Cela dépend de la motivation des gens, " dit-il. " Mais je ne vois pas d'obstacles énormes à une utilisation à grande échelle. Je pense que cela pourrait être fait d'ici un an."

L'équipe de recherche comprenait les étudiants diplômés du MIT Ariel Anders et Yangying Zhu, Affilié de recherche Banafsheh Barabadi, ancienne élève Evelyn Tio '14, et étudiant de premier cycle DingRan Dai. Le travail a été soutenu par l'Office of Naval Research et la National Science Foundation.