Ученые научились перемещать микроплатформы с помощью капель воды

Микроэлектромеханические системы широко применяются в современной бытовой электронике, но их подвижные части могут изнашиваться с течением времени в результате трения. Чтобы устранить трение как главный источник износа и разрушения, ученые США предложили новый подход.

Новый метод разработали исследователи из Массачусетского технологического института. Он дает возможность изготовления подвижных частей без каких-либо твердых соединений между ними. Новая система использует слой капель, чтобы поддерживать крошечные подвижные платформы, которые, по сути, плавают на поверхности капель. Капли могут быть водяными или из другой жидкости, а точностью движения платформы можно управлять с помощью электроники через систему, изменяющую размер капель, чтобы поднять, опустить и наклонить платформу.

Новые данные представлены в статье в Applied Physics Letters. Авторы: Даниэль Престон, аспирант  Массачусетского Технологического Института, и другие аспиранты и студенты.

Престон объясняет, что новая система может быть использована, например, в производстве микроскопов. Фокус микроскопа можно контролировать путем повышения или понижения высоты капель жидкости.

Система работает, изменяя пути взаимодействия капель с поверхностью под ними, которая регулируется углом контакта. На гидрофильной поверхности капли держатся почти плоско, производя очень малый угол контакта, в то время как гидрофобные поверхности делают каплю близкой к сферической форме с очень большими углами контакта. Вершины поднимаются дальше от поверхности, поднимая тем самым платформу в тех местах, где микроплатформы плавают на них. Путем избирательного изменения формы различных капель платформа может также быть выборочно наклонена. Это может быть использовано, например, чтобы изменить угол наклона зеркальной поверхности для того, чтобы нацелить лазерный луч, говорит Престон.

Для того чтобы сохранить расположение капель, команда обрабатывает нижнюю сторону плавучей платформы. Они сделали общую поверхность гидрофобной, но с небольшими кругами гидрофильного материала. Таким образом, все капли надежно «прилипают» к поверхности, сохраняя платформу в безопасном положении.

В начальном тестовом устройстве группы вертикальное позиционирование может контролироваться с точностью до 10 микрон, диапазон движения - 130 мкм.

Работа выполнена при поддержке Управления военно-морских исследований и Национального научного фонда.