(Phys.org)—Fabricants de minuscules machines en mouvement—le genre de machines recherchées pour la nanofabrication et l'assemblage ainsi que pour d'autres utilisations—savez-vous où se trouvent réellement vos micro et nanorobots ?

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Une équipe de chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie l'emporterait probablement dans un tel pari hypothétique. Sur la base de ses découvertes surprenantes dans une étude exigeante des mouvements d'un système microélectromécanique expérimental (MEMS), l'équipe pourrait même offrir des cotes meilleures que paires.

Le groupe a suivi, pour la première fois, le mouvement pas à pas d'un dispositif MEMS de type standard appelé « actionneur d'entraînement à gratter », " une micromachine (120 micromètres de large, 50 micromètres de long, et 1,5 micromètre d'épaisseur) qui se traîne sur une surface en fléchissant et en relaxant à plusieurs reprises un petit bras crochu. En utilisant une nouvelle méthode de mesure adaptée de la recherche en biophysique à molécule unique, les chercheurs ont suivi et mesuré chacun des 500 pas de l'appareil le long d'un trajet de 20 micromètres. Ils ont constaté que les mouvements progressifs variaient considérablement, de quelques nanomètres (nm) à près de 100 nm.

Cette variabilité marquée dans la taille des pas était « inattendue, " dit Craig McGray, le premier auteur de l'article. Typiquement, Les chercheurs MEMS ont calculé une taille de pas moyenne, dérivé de la distance totale parcourue par un appareil sur plusieurs cycles de fonctionnement. La moyenne résultante ne montre pas la variabilité des tailles de pas, tandis que des modèles simples du comportement de l'appareil ont donné l'impression que les appareils se déplacent par incréments uniformes.

Au lieu, McGray explique, "notre méthode a révélé des tailles de pas très irrégulières, qui n'avaient été ni observés auparavant ni prédits par les modèles établis de comportement des MEMS."

Dans leur expérience de preuve de concept, l'équipe du NIST a marqué la surface d'un actionneur d'entraînement de rayure avec des nanoparticules fluorescentes. Sous un microscope à fluorescence, les nanoparticules sont apparues comme des points lumineux dans une constellation en forme d'étoile. La position de chaque point lumineux a été mesurée avec une précision extrêmement élevée, rendre l'équivalent d'une série de cartes de constellation et capturer la position et l'orientation de l'appareil lorsqu'il se déplace sur une surface.

Avant et après chaque étape de l'appareil le long du chemin, deux images de la constellation ont été prises. Les données ont ensuite été analysées pour déterminer les incréments et les rotations étape par étape, et l'incertitude dans les deux valeurs.

Avec leur approche innovante, l'équipe du NIST a calculé à la fois la taille de chaque mouvement à 1,85 nm près, (plus petit que la largeur d'un brin d'ADN) et le changement d'orientation du dispositif, également à une incertitude extrêmement faible. Plutôt qu'une ligne droite composée de points régulièrement espacés, l'appareil a pris une route quelque peu déchiquetée qui s'est légèrement incurvée, chaque étape variant en longueur et en orientation.

Dans un essai ultérieur, les chercheurs ont mesuré un deuxième actionneur d'entraînement à gratter fabriqué par le même fabricant. Les résultats différaient également de manière inattendue et significative, comme indiqué par une différence de 26,3 nm dans les tailles de pas moyennes.

Alors même qu'ils travaillent à affiner leur méthode de microscopie à fluorescence à super-résolution, l'équipe pense que l'approche peut être largement utile dans le domaine des systèmes électromécaniques extrêmement petits.