Abandonner les capteurs pour un contrôle rationalisé des microdispositifs

La capacité de contrôler avec précision la position et le mouvement des dispositifs miniatures est prise dans un nouveau territoire alors que les scientifiques de KAUST développent des dispositifs plus petits et plus simples sans un seul capteur.

Le positionnement de dispositifs microélectromécaniques miniatures dans des applications industrielles ou médicales repose traditionnellement sur une combinaison d’actionneurs qui provoquent un mouvement et de capteurs qui détectent la position, explique le postdoc Hussein Hussein. “Notre nouvelle approche se débarrasse des capteurs”, dit-il. Les dispositifs prototypes utilisent également un seul actionneur plutôt que plusieurs habituellement requis. Le fait d’avoir un seul actionneur a permis aux chercheurs de réduire la taille de leurs appareils et également de réduire la complexité de l’électronique et de l’alimentation.

Les dispositifs sont fabriqués à partir d’une plaquette de silicium sur un isolant, avec des dimensions finales de 2 par 2,5 millimètres de largeur et seulement 0,4 millimètres d’épaisseur. La simplicité de la conception en étant construit à partir d’une seule plaquette de matériau est une autre innovation importante : les dispositifs alternatifs nécessitent généralement plusieurs pièces distinctes.

Hussein et le professeur de génie électrique Hossein Fariborzi ont développé et testé plusieurs versions de leurs appareils et ont été satisfaits des résultats prometteurs.

Ils ont démontré que l’application d’une tension appropriée peut commuter la section mobile à travers une série de positions fixes distantes de seulement 10 micromètres. Cela porterait n’importe quel composant positionné dans une application du monde réel. Une rangée de loquets et de pinces dentelées de chaque côté de la partie mobile la maintient dans des positions stables sans avoir besoin de capteurs. La modification de la tension peut ramener le système à sa configuration d’origine.

Hussein et Fariborzi pensent que les performances démontrées par leurs prototypes pourraient un jour être utilisées pour contrôler avec précision des instruments chirurgicaux miniatures, permettant des techniques extrêmement fines actuellement impossibles. Ou il peut être utilisé pour administrer des médicaments à des endroits et à des moments très précis. Ils espèrent que cela pourrait également trouver des applications dans de nombreux domaines de l’industrie où la miniaturisation et les microdispositifs amènent la technologie à des échelles toujours plus basses.

“Les appareils peuvent être mis en œuvre dans des espaces très étroits sans ajouter la congestion qui pourrait être impliquée en utilisant des méthodes alternatives”, explique Fariborzi. “En raison de la simplicité de la conception et du contrôle, nous pouvons supprimer les connexions électriques directes et activer l’activation à distance, augmentant ainsi considérablement la flexibilité de ce microsystème pour une utilisation dans diverses applications”, a-t-il déclaré.

Hussein dit qu’il espère être impliqué dans l’évolution des travaux vers de véritables applications à l’avenir. “La conception de base pourrait être facilement ajustée pour s’adapter à n’importe quelle application et la mettre en pratique”, conclut-il.

Leurs travaux sont publiés dans Frontières en génie mécanique.