Znajdź zawartość

Być może już wkrótce rozcieńczone gazy staną się substancją poślizgową stosowaną z wyboru w systemach mikroelektromechanicznych (MEMS, ang. microelectromechanical systems). W ten sposób udałoby się pokonać problemy związane z wykorzystaniem ruchomych elementów, np. turbin, wahadeł czy mechanizmów obracających się wokół trzpieni. Pewne rodzaje MEMS stosowano do tej pory w drukarkach atramentowych, jako przyspieszeniomierze uruchamiające otwarcie poduszek powietrznych w samochodzie oraz regulatory jasności w telewizorach i projektorach HD. Jeśli jednak w układzie występowały części ruchome, cienka warstwa smaru szybko się ścierała i całość przestawała działać zaledwie w ciągu paru minut. Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Pennsylvanii, którzy współpracowali z Michaelem Duggerem z Sandia National Laboratories w Albuquerque, zaproponowali ciekawe rozwiązanie. Gdy do miniaturowego urządzenia wprowadzi się argon z minimalną domieszką oparów alkoholu, MEMS może działać bez zarzutu do 100 tys. razy dłużej. Powierzchnie krzemowe łatwo do siebie przywierają z powodu działania zjawisk kapilarnych czy wiązań chemicznych. Aby temu zapobiec, inżynierowie stosują sprej z halogenosilanu, w którego skład wchodzi jeden atom halogenu (jodu, bromu, chloru lub fluoru). Jeśli tylko elementy MEMS się ze sobą zetkną, ochronna warstwa się ściera i znowu zaczynają one do siebie przylegać. Teoretycznie urządzenia takie mogłyby mieć ruchome części, gdyby były na stałe umieszczone w smarze. Ciekły lubrykant się do tego nie nadaje, ponieważ elementy są bardzo małe (wymiary mikrometrowe) i substancje oleiste stawiałyby zbyt duży opór. Seong Kim z Uniwersytetu Stanowego Pennsylvanii porównał to pływania w basenie wypełnionym miodem. Stwierdził za to, że do tego celu może się nadać gaz. By to zbadać, ekipa rozpyliła wokół urządzenia ze ślizgającymi się po sobie elementami opary pentan-1-olu (alkoholu pentylowego). Okazało się, że problem ścierania został całkowicie wyeliminowany. MEMS działał dłużej, a opór wydatnie się zmniejszył. Nie wiadomo, w jaki sposób gaz zapewnia poślizg. Podobnie jak substancje stałe, najprawdopodobniej przywiera on i tworzy na powierzchni krzemu warstwę o grubości zaledwie jednej cząsteczki. Cząsteczki ze znajdującego się wokół gazu zastępują te, które zostają wypchnięte ze swojego miejsca w wyniku tarcia. Czas potrzebny na taką zamianę miejsc to jedynie 100 nanosekund. Ruch ślizgowy wydłuża w jakiś sposób cząsteczki pentanolu, a dłuższe cząsteczki zwiększają z kolei poślizg.

Szkockim naukowcom udało się odwrócić siły działające na wyjątkowo małe obiekty i doprowadzić w ten sposób do ich lewitacji. Profesor Ulf Leonhardt i doktor Thomas Philbin z Univeristy of St Andrews opracowali soczewki, które odwracają efekt Casimira. To naturalne zjawisko powoduje, że wskutek różnicy ciśnienia małe cząstki przyciągają się. Efekt Casimira odkryto w 1948 roku, a zmierzono w 1997. Jego występowanie jest poważną przeszkodą w rozwoju nanotechnologii, gdyż wywołuje on „sklejanie się” miniaturowych podzespołów. Jest on poważnym źródłem problemów w nanoświecie, szczególnie w urządzeniach MEMS (systemach mikroelektromechanicznych). Takie systemy odgrywają ważną rolę. Na przykład kontrolują napełnianie się poduszek powietrznych w samochodach, buduje się z nich ‘laboratoria na układzie scalonym’ służące do analiz chemicznych czy testowania leków. Mikro- i nanomechanizmy mogłyby pracować lepiej, a występujące w nich siły tarcia można by zmniejszyć lub całkowicie wyeliminować dzięki manipulowaniu efektem Casimira – mówi profesor Leonhardt. Dzięki jego soczewkom udało się utrzymać miniaturowe cząstki z dala od siebie.

Lista niezwykłych właściwości nanorurek coraz bardziej się wydłuża. Naukowcy zaprezentowali właśnie przetwornik optyczno-mechaniczny, dzięki któremu jesteśmy w stanie kontrolować ruch mechaniczny za pomocą światła. Nasze eksperymenty dowiodły, że jeśli skierujemy światło na nanorurki, to będą się one poruszały – powiedział profesor Balaji Panchapakesan z University of Delaware. Jako pierwsi wykazaliśmy, że możliwe jest stworzenie optyczno-mechanicznego systemu napędowego bazującego na nanorurkach – dodał. Mikrooptomechaniczne systemy (MOMS – micro-opto-mechanical systems) wykorzystują lasery zamiast prądu elektrycznego do poruszania części mechanicznych. Dzięki nanorurkom poruszającym się pod wpływem światła możliwe jest znaczne zmniejszenie mocy tych laserów. Profesor Panchapakesan już widzi praktyczne zastosowania, w których można wykorzystać wyniki jego badań. Systemy MOMS mogą zastąpić MEMS (systemy mikroelektromechaniczne) w projektorach DLP. Projektory tego typu wykorzystują miniaturowe lustra do odbijania czy rozpraszania obrazu. Charakteryzuje je wysoki kontrast, ale też i wysoka cena. Zdaniem Panchapakesana zastąpienie MEMS przez MOMS umożliwi zastosowanie tego typu urządzeń tam, gdzie dotychczas było to niemożliwe ze względu na koszty czy wysoki pobór energii elementów mikroelektromechanicznych. Projektory wyposażone w jego technologię mogłyby zostać wykorzystane zarówno do badań kosmosu jak i w biomedycynie. Zbudowaliśmy już wiele miniaturowych robotów, takich jak mikrochwytak wyposażony w przetwornik optyczno-mechaniczny. Uważam, że MOMS okaże się użyteczne przy budowie narzędzi do mikrochirurgii – stwierdził Panchapakesan. Jego zespół pracuje teraz nad takim udoskonaleniem technologii, by mechanizmy różnie reagowały na różną długość fali świetlnej. Naukowcy planują również budowę miniaturowych mechnizmów, takich jak "bomba antyrakowa", która będzie aktywowana jedynie wewnątrz guza nowotworowego.