MEMS são componentes essenciais que enviam e recebem sinais e dados. Com um número crescente de telefones celulares e dispositivos sem fio, há uma necessidade urgente de switches MEMS mais confiáveis ​​e robustos, afirma Sherry Towfighian, professora assistente da Universidade de Binghamton.
Os interruptores tradicionais abrem e fecham inúmeras vezes durante apenas uma hora, mas sua vida útil atual é limitada pelo número de eletrodos: dois.
Quando os dois eletrodos entram em contato – após várias repetições – a superfície do eletrodo inferior fica danificada, causando uma chave MEMS que deve ser descartada e substituída.
Junto com o estudante de graduação Mark Pallay, Towfighian desenvolveu uma chave que usa mais do que os tradicionais dois eletrodos. Ao aumentar o número de eletrodos para quatro e alterar a configuração usual dos eletrodos, a equipe projetou uma chave que pode limitar os danos causados ​​pelo contato com a superfície.
O novo switch MEMS possui três eletrodos na parte inferior e um eletrodo paralelo aos demais. Os dois eletrodos inferiores do lado direito e esquerdo são carregados enquanto os eletrodos intermediário e superior são aterrados.
“Este tipo de chave MEMS normalmente é fechada, mas os eletrodos laterais fornecem uma forte força ascendente que pode superar as forças entre os dois eletrodos intermediários e abrir a chave”, disse Towfighian.
Essa forte força ascendente – conhecida como levitação eletrostática – permite uma mudança bidirecional confiável.
O professor Towfighian conversou com a Tech Briefs sobre como o novo design irá melhorar nossos telefones celulares e linhas de energia.
Tech Briefs: Qual foi a inspiração para este trabalho?
Professora Sherry Towfighian: A inspiração para este trabalho foi explorar possibilidades de ir além dos switches MEMS convencionais que sofrem de uma grande limitação de instabilidade. Freqüentemente, os projetistas de switches MEMS tentam mitigar esse problema, mas não conseguem evitá-lo, o que acaba resultando em falha. O novo mecanismo permite evitar completamente este problema. O resultado são switches confiáveis ​​que duram mais e economizam custos significativos.
Resumos técnicos: Quais são as limitações dos switches MEMS tradicionais e como o seu novo dispositivo melhora essas limitações?
Prof. Towfighian: Os interruptores de corrente consistem em dois eletrodos que se unem quando carregados. Assim, a força entre eles está sempre em uma direção e um em direção ao outro. Adicionamos mais dois eletrodos em uma configuração criativa que causou uma força na direção oposta. Isto leva a uma liberação mais fácil da chave, o que não era possível nas chaves convencionais. O resultado é um switch bidirecional e robusto que pode durar mais tempo.
Resumos técnicos: O que é levitação eletromagnética?
Prof. Towfighian: A levitação eletrostática permite que os eletrodos carregados se separem em vez de se unirem. Isto é possível usando quatro eletrodos, em vez de dois como no design de chave convencional.
Resumos técnicos: O que é possível devido a esse novo design de switch MEMS? Que tipos de aplicativos para celular?
Prof. Towfighian: Muitas vezes compramos telefones celulares, cujo hardware não funciona corretamente imediatamente ou depois de algum tempo. Às vezes, a causa dessas falhas é porque os switches MEMS param de funcionar corretamente devido às suas limitações inerentes. Esses switches MEMS existem em circuitos de comunicação sem fio dentro de um telefone celular. Graças ao novo design, muitas destas falhas podem ser evitadas. Isso significa enfrentar menos problemas de hardware e mais economia de custos.
Resumos técnicos: Alguma outra aplicação?
Prof. Towfighian: A outra aplicação desses interruptores pode ser em linhas de energia. Quando a tensão ultrapassa um determinado limite devido a eventos repentinos, como terremotos ou relâmpagos, o interruptor proposto pode desligar imediatamente a linha de energia antes que cause qualquer ameaça à segurança pública.
Outras aplicações deste mecanismo podem ser em filtros MEMS usados ​​para processamento de sinais. Os filtros permitem melhorias no desempenho de ruído em muitos dispositivos, como rádio ou TV.
Resumos técnicos: o que vem a seguir em relação a esta pesquisa?
Prof. Towfighian: Planejamos operar esses interruptores de forma autônoma em relação a choques ou impactos mecânicos. Isso pode ser possível usando transdutores triboelétricos que convertem impacto mecânico em tensões elétricas. Este conceito abre possibilidades para muitos interruptores de segurança, como os dos dispositivos de acionamento de airbags. Quando sofrem um choque além de um limite, o interruptor pode acionar o airbag sem qualquer fonte de energia.
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