Des chercheurs de l'Université de Binghamton, Des chercheurs de l'Université d'État de New York ont ​​trouvé un moyen d'améliorer les performances de minuscules capteurs qui pourraient avoir des implications de grande envergure pour les appareils électroniques que nous utilisons tous les jours.

L'étude trouve un moyen plus fiable d'utiliser des actionneurs qui contrôlent les MEMS (systèmes microélectromécaniques), qui sont des appareils microscopiques avec des pièces mobiles qui sont souvent fabriqués de la même manière que l'électronique.

L'équipe de Binghamton a découvert que la combinaison de deux méthodes d'actionnement électrostatique - actionneurs à plaques parallèles et à lévitation - conduisait à une linéarité prévisible qu'aucun de ces systèmes n'offrait seul.

Cette enquête est financée par une subvention de la National Science Foundation, principalement menée par Ph.D. l'étudiant Mark Pallay sous la supervision du chercheur principal Shahrzad (Sherry) Towfighian et du co-chercheur principal Ronald N. Miles, professeur agrégé et professeur distingué de génie mécanique, respectivement.

Les découvertes de l'équipe pourraient être révolutionnaires pour la fabrication de microphones, car avec cette conception, le signal peut être suffisamment amplifié pour que le bruit de fond de l'électronique ne soit plus un problème. Plus de 2 milliards de microphones sont fabriqués dans le monde chaque année, et ce nombre augmente à mesure que de plus en plus d'appareils proposent une interaction vocale.

"Le bruit électronique est vraiment difficile à éliminer, " dit Miles. " Vous entendez ce sifflement en arrière-plan. Lorsque vous fabriquez de très petits microphones, ce que nous voulons faire, le bruit est un problème de plus en plus important. C'est de plus en plus un défi. C'est un moyen d'éviter cela et de réduire le bruit."

Towfighian, qui a beaucoup étudié les MEMS, a expliqué que les actionneurs des micro-dispositifs ne sont normalement que deux plaques avec un espace entre elles. Ces plaques se ferment et l'appareil s'active lorsqu'il reçoit une certaine tension.

Il est difficile d'affiner ce genre d'actionneur, mais l'ajout de deux électrodes sur les côtés des plaques crée un effet de lévitation qui les écarte simultanément et permet un meilleur contrôle de l'appareil.

« En combinant les deux systèmes, nous pouvons nous débarrasser de la non-linéarité, " dit-elle. " Si vous lui donnez un peu de tension, il se tient à une certaine distance et maintient cela sur une large amplitude de mouvement."

Miles a déclaré que la prévisibilité est cruciale lors de la construction d'actionneurs pour microphones, qui ont fait l'objet de ses récentes recherches.

« Dans un capteur, la vie est beaucoup plus facile s'il déplace une unité et que la tension de sortie augmente dans une unité, ou quelque chose au fur et à mesure que vous avancez, " dit-il. " Dans un actionneur, tu essaies de pousser les choses, donc si vous lui donnez deux fois plus de tension, vous voulez qu'il aille deux fois plus loin et non quatre fois plus loin.

"C'est comme si vous aviez une règle où les pouces variaient en longueur au fur et à mesure que vous vous déplaciez. Avec des capteurs capacitifs, vous avez ces variations étranges avec la sensibilité et la sortie lorsque vous montez dans l'échelle. C'est un énorme casse-tête."

Lorsque les chercheurs de Binghamton ont commencé leur étude, ils ne savaient pas que combiner les deux idées donnerait un résultat aussi souhaitable qu'il l'a fait.

"La magie - la chance stupide - est que les non-linéarités s'annulent, " Miles a déclaré. "Ils ont tendance à être dans des directions opposées. Nous sommes en mesure de montrer que sur une plage significative, ils sont linéaires.

"En ayant ces deux configurations d'électrodes, il vous donne plus de boutons à tourner et plus de réglages que vous pouvez faire en appliquant des tensions à différentes électrodes. Avec une simple plaque parallèle, vous avez une tension à travers eux et vous n'avez pas beaucoup de liberté de conception. Avec ça, il y a plus d'électrodes et vous avez beaucoup plus de contrôle sur la conception."

En plus des possibilités de fabrication de microphones—en les rendant plus petits, meilleur et moins cher - Towfighian voit comment la nouvelle conception de l'actionneur peut être utilisée dans son domaine d'étude, qui comprend des gyroscopes, accéléromètres, capteurs de pression et autres types de commutateurs.

"Nous avons montré ce concept à un niveau basique, mais il a de larges applications, " dit-elle. " Cela peut améliorer le fonctionnement de nombreux appareils, donc l'impact pourrait être énorme."

L'étude, intitulé "Fusionner des actionneurs à plaques parallèles et à lévitation pour permettre la linéarité et l'accordabilité dans les MEMS électrostatiques, " a été publié dans Le Journal de Physique Appliquée .