Tout autour de nous, se cachant juste en dehors de notre champ de vision, sont des machines minuscules. De minuscules accéléromètres dans nos voitures détectent une collision et indiquent aux airbags de se gonfler. Les minuscules gyroscopes d'une manette Nintendo Wii traduisent votre swing de tennis en mouvement sur l'écran. Un accéléromètre d'iPhone, gyroscope, et le capteur de proximité détecte sa position dans l'espace.

Toutes ces petites machines, appelés collectivement systèmes microélectromécaniques, ou MEMS, ont quelque chose en commun :ils sont attachés, ou très proche de, une source d'alimentation. Pour des applications plus larges, comme les implants cérébraux sans fil, les scientifiques et les ingénieurs ont besoin d'être alimentés à distance. Mais s'il est facile d'envoyer des informations par voie aérienne - pensez aux ondes radio - en envoyant de la puissance, surtout à une minuscule machine, peut être un peu plus délicat.

Mais maintenant, une équipe de chercheurs, dirigé par le doctorant Farrukh Mateen (ENG'18) du Boston University College of Engineering (ENG) et Raj Mohanty, professeur de physique au Collège des Arts et des Sciences de la BU (CAS), se rapprochent d'une solution. Ils ont construit un petit appareil micromécanique et l'ont allumé et éteint avec une puissance d'un nanowatt, c'est-à-dire un milliardième de watt, à trois pieds de distance. Le dispositif, décrit dans le 15 août, 2016, problème de Nature :Microsystèmes et Nano-ingénierie , est un sandwich miniature d'or et de nitrure d'aluminium qui vibre, ou résonne, aux fréquences micro-ondes. Le petit résonateur ne mesure que 100 micromètres de diamètre, soit un peu plus large que la largeur d'un cheveu humain.

"L'alimentation sans fil n'est pas nouvelle, " dit Mateen, auteur principal sur le papier. "Nikola Tesla l'a démontré à l'Exposition universelle de 1893, mais nous pensons que c'est la première fois qu'il est utilisé avec un résonateur micromécanique."

Dans une deuxième série d'expériences, l'appareil a atteint une efficacité impressionnante de 15 pour cent en utilisant une fréquence radio plus élevée. Ces résultats ont été publiés en ligne le 16 août 2016, problème de Lettres de physique appliquée .

L'application la plus prometteuse pour ce type de dispositif réside dans le domaine émergent de l'optogénétique :mettre en lumière des cellules cérébrales génétiquement modifiées pour les faire se comporter d'une certaine manière. Le domaine offre un grand potentiel pour la recherche en neurosciences, ainsi que des traitements possibles pour les troubles neurologiques comme la maladie de Parkinson. Mais pour planter un appareil dans le corps, surtout le cerveau, met au defie. Il doit être petit et efficace, faible puissance et faible rayonnement. L'alimentation doit circuler rapidement vers l'appareil, à travers les tissus osseux et cérébraux. "Vous ne voulez pas avoir à changer les piles tous les jours, " dit Mohanty, auteur correspondant sur les deux articles, "et vous ne voulez pas faire frire votre cerveau."

Il existe deux façons d'envoyer de l'énergie sans fil. La première, champs magnétiques, a une courte portée sauf si de grandes bobines de fil sont utilisées, limitant leur utilité pour les petits appareils. La deuxième, champs électriques, a une portée plus longue mais rebondit sur à peu près tout. « Mais il existe des moyens de contourner ce problème, " dit Mateen, auteur principal sur les deux articles. "Nous avons pensé que l'optimisation du récepteur pourrait être la réponse."

L'équipe a commencé à penser aux résonateurs - des matériaux qui vibrent naturellement à certaines fréquences - comme un plongeoir qui fouette l'air d'une certaine manière, ou un verre à vin qui vibre en réponse à une certaine fréquence sonore.

"Les résonateurs sont les éléments constitutifs de toutes les micromachines, " dit Mohanty. " Si nous pouvions faire en sorte que cela fonctionne, nous pourrions construire n'importe quoi dessus."

Ce résonateur particulier est constitué d'une couche de nitrure d'aluminium sur une base de silicium. Le nitrure d'aluminium est un matériau « piézoélectrique » :lorsqu'il détecte un champ électrique, il fléchit ou résonne. Le problème était de construire une petite antenne pour que le matériau puisse détecter l'électricité dans l'air.

"Nous avons dû changer notre façon de penser, " dit Mohanty. " Nous avons dit, pourquoi ne pas utiliser le résonateur lui-même comme antenne ? C'est là que la percée a eu lieu. » L'équipe a transformé le résonateur en ce qu'on appelle une « antenne patch » en ajoutant de fines couches d'or en haut et en bas. La solution simple a fait l'affaire.

"J'ai été vraiment surpris quand cela a fonctionné, " dit Mateen, qui se souvient avoir appelé son collègue, co-auteur Carsten Mädler (GRS'16), lorsqu'il a détecté un signal pour la première fois. "J'ai dit, 'Mec! Tu dois voir ça! Je pense que nous pouvons actionner cette chose sans fil !'"

Bien que la technologie en soit à ses balbutiements, Mateen voit de nombreuses applications potentielles, des capteurs à distance pour améliorer les chargeurs de téléphones portables aux implants cérébraux. "L'idée d'une application biomédicale est tout simplement géniale, " dit-il. " Ce serait formidable si cela aboutissait à une sorte de produit qui a aidé l'humanité d'une manière ou d'une autre. C'est un petit pas vers cela."