Apulaisprofessori Shahrzad "Sherry" Towfighianin johdolla Binghamtonin yliopiston tutkijat ovat kehitelleet MEMS-tekniikkaa uusiin ulottuvuuksiin. He ovat löytäneet tavan parantaa MEMS-anturien suorituskykyä ja toisaalta he ovat kehittäneet MEMS-piirejä keräämään oman käyttövoimansa tribosähköisellä tavalla.
Uusimmassa tutkimuksessa löydettiin luotettavampi tapa käyttää rakenteita, joilla MEMS-piirit toimivat. Binghamtonin ryhmä havaitsi, että kahden sähköstaattisen käyttömenetelmän, vastakkaislevyjen ja levitaation toimintojen yhdistäminen johti ennustettavissa olevaan lineaarisuuteen, jota kumpikaan näistä järjestelmistä ei tarjoa yksinään.
Ryhmän havainnot voivat olla vallankumouksellisia kondensaattorimikrofonien valmistuksessa. Tällä ratkaisulla hyötysignaali voidaan kasvattaa riittävän vahvaksi, jotta elektroniikan taustakohina ei ole enää ongelma.
Vuosittain ympäri maailmaa valmistetaan yli kaksi miljardia mikrofonia ja tämä määrä kasvaa, kun yhä useammissa laitteissa käytetään ääntä ohjaustarkoituksiin.
MEMS-piirien perinteistä kahden vastakkaisen levyn toimintaa on vaikea hienosäätää, mutta kahden elektrodin lisääminen levyjen sivuille luo levitaatiovaikutuksen, jonka avulla päästään eroon epälineaarisuudesta.
Kahden tavan yhdistämisessä epälineaarisuudet kumoavat toisiaan. Tutkijat pystyivät osoittamaan, että ratkaisu on huomattavalla alueella lineaarinen.
Mikrofonien valmistusmahdollisuuksien lisäksi - tekemällä niistä pienempiä, parempia ja halvempia – Towfighian näkee, kuinka uutta toimilaitemallia voidaan käyttää myös gyroskoopeissa, kiihtyvyysmittauksissa, paineantureissa ja muunlaisissa kytkimissä.
Towfighianin aiempi projekti tavoitteli MEMS-piirin omaenergistä käyttöä tribosähköisyyden avulla. Kahden mikropinnan välisestä kitkasta kerätty energia voi laukaista kytkimen ennalta määrätyllä jännitteellä, joka on optimaalinen laitteen käyttötarkoitukseen.
Esimerkiksi auton turvatyynyjen laukaisussa kytkimen ja keruun yhdistelmällä on ainutlaatuinen ominaisuus, joka ei tarvitse mitään käsittelyä iskun ajankohdan ja kytkimen aukeamishetken välillä. Se on myös luotettavampi, koska silloin ei ole olemassa ohjelmistojen tai laitteistojen vikaantumisen vaaraa. Se on täysin omavarainen. Jos autossa on vaurioita, kuten liitännät kadonneet törmäyksessä, tämä järjestelmä tekee turvatyynyistä luotettavampia, toteaa Towfighian yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 28.8.2019
