Miniaturização de componentes mecânicos ganha nova tecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/06/2024

Gotas minúsculas de líquido podem ser movidas sobre um substrato de silício usando força eletrostática, levando consigo o que estiver em cima delas.
[Imagem: RUB/Harald Austenfeld]

Miniaturização mecânica

A miniaturização da eletrônica é um fato, já esbarrando nos limites atômicos, mas miniaturizar equipamentos mecânicos é muito mais complicado - quando não impraticável, como frequentemente ocorre com os sistemas microeletromecânicos (MEMS e NEMS).

Por exemplo, a miniaturização atinge seus limites sempre que sistemas minúsculos precisem se mover ativamente, já que os motores eletromagnéticos convencionais tornam-se ineficientes quando têm seu tamanho reduzido demais.

Mas Lisa Schmitt e Martin Hoffmann, da Universidade Ruhr de Bochum, na Alemanha, desenvolveram agora truques inteligentes para colocar esses pequenos equipamentos mecânicos em movimento.

Em vez de eletricidade, seus sistemas são acionados por força eletrostática. As aplicações vão desde instrumentos de medição para pesquisa básica em células vivas até a construção de sistemas de radar mais compactos.

Usando métodos padrão de produção de microchips, a equipe fabricou miniatuadores que consistem, por exemplo, em um substrato de silício e pequenas gotas de água. Ao aplicar uma tensão elétrica, o aparato faz com que a força eletrostática faça as gotas rolarem de modo controlado.

"Não há nada de especial em fazer gotas de água se moverem. Isso já é feito há muito tempo. Nosso objetivo é usar as gotas como rolos para transportar ou alinhar com precisão pequenos objetos," detalhou Hoffmann.

Diferentes tipos de atuadores podem ser produzidos simultaneamente em uma pastilha de silício, às vezes mais de 1.000.
[Imagem: RUB/Kramer]

Atuadores secos e molhados

A equipe demonstrou que o princípio é viável para equipamentos práticos criando uma minimesa rolante, composta por um prato quadrado movimentado por quatro gotas de água. "Temos que aplicar uma camada hidrorrepelente na parte inferior da placa para evitar que ela se molhe," explicou Hoffmann. "Apenas os quatro cantos possuem áreas onde a água adere à placa."

Demonstrado o conceito, a equipe agora planeja refinar o projeto. Um de seus objetivos é criar um sistema tridimensional no qual as gotas se movam por uma espécie de armazém. Isso lhes permitirá construir sistemas de zoom e microscópios nos quais a gota de água seria a lente que poderia ser deformada e movida para diferentes posições.

Mas os sistemas móveis também podem ser produzidos inteiramente a partir de estruturas de silício, sem qualquer tipo de líquido: Estruturas finas de silício podem funcionar como molas elásticas ideais, que permanecem estáveis em todas as condições. Em comparação a outros materiais, como os metais, o silício tem uma grande vantagem: "Ele não envelhece," disse Hoffmann. "Se você deformar uma chapa metálica, ela poderá permanecer deformada. Isso não acontece com o silício. Ele sempre retorna à sua forma original, desde que você não o estresse além de um limite crítico; então, ele vai quebrar. Não ultrapassamos esse limite, é claro."

Nesta linha, a equipe planeja demonstrar o potencial dessa tecnologia de miniaturização mecânica para desenvolver uma antena de radar compacta, sem a grande parabólica tipicamente usada, e para construir um sistema que possa ser usado para analisar o comportamento de células vivas sob pressão.

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