MIT-onderzoekers ontwikkelen 3d-mems

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een nieuwe methode ontwikkeld om mems-hardware te maken. Dergelijke micro-electromechanical systems worden onder meer gebruikt als bewegingssensors.

Gyroscopen in smartphones of tablets, maar ook g-sensors in harde schijven en versnellingsmeters in mobiele hardware maken veelal gebruik van mems-technologie. Die micro-electromechanical systems worden gemaakt met zeer kleine bewegende onderdelen, om bijvoorbeeld een gyroscoop te realiseren. Mems-chips werden echter vooralsnog voornamelijk lithografisch geproduceerd, waarbij met dezelfde techniek die voor chips wordt gebruikt, mechanische onderdelen uit silicium worden geëtst. Makkelijker te bewerken materialen zijn niet zo goed bestand tegen verschillende temperaturen als silicium; de mems-hardware is daarom overwegend tweedimensionaal.

De onderzoekers van de Aeronautics and Astronautics-afdeling van het MIT hebben echter een methode ontwikkeld om driedimensionale mems-apparatuur te produceren, maar toch de bekende productiemethodes te gebruiken. Ze wisten handig gebruik te maken van structurele spanningen in silicium, die zich voordoen als het materiaal bewerkt is. Zo kan het wegetsen van materiaal rondom een structuur een bepaalde vervormingsspanning daarin teweegbrengen.

Met een algoritme berekenen de onderzoekers de mechanische spanning die nodig is voor het in de gewenste vorm buigen van de structuren. Door het productieproces af te stemmen op deze benodigde restspanningen in het silicium, vervormt het materiaal zich vanzelf totdat het de gewenste vorm heeft bereikt. Ook kunnen afmetingen gevarieerd worden door andere materialen te gebruiken, met afwijkende vervormingsspanningen. De onderzoekers wisten zo mems-versnellingsmeters te bouwen die in ruimtevaartnavigatie gebruikt kunnen worden.

Reacties (7)

De onderzoekers wisten zo mems-versnellingsmeters te bouwen die in ruimtevaartnavigatie gebruikt kunnen worden.

Dit is natuurlijk erg interessant, zwaartekracht heeft geen effect in de ruimte. Versnellingen zijn natuurlijk wel meetbaar. Mooi dat ze nu in ieder geval kleinere chips kunnen bouwen voor daarboven, dit maakt de satelieten en eigelijk alle apparatuur die hiervan gebruik maakt goedkoper om daarboven te krijgen.
Per gram zoveel vele euros dus hoe minder gram hoe beter .

Er is ook zwaartekracht in de ruimte.

Het is waar dat een kleinere payload-massa leidt tot een goedkopere lancering (tot zekere hoogte). We zien sowieso een miniaturisatie-trend in de ruimtevaart. Zeker op academisch niveau zijn de CubeSats en Nanosats een hot topic. Verschillende universiteiten (Delft, Munchen, MIT, etc) hebben al verschillende succesvolle missies vliegen. De industrie begint dit nu over te nemen, maar dat gaat langzaam.

Echter, het probleem met dit soort ontwikkelingen is dat de ruimtevaartindustrie erg conservatief is. Dit soort MEMS devices zijn nog niet space-proven en dat is een erg kostbare bezigheid. Ik denk dat dit voorlopig in de cubesat hoek gebruikt zal gaan worden, daar de space qualified sticker verdient en dan pas op grotere schaal interessant kan worden.

Echter, als je kijkt naar de andere trend in de ruimtevaart: grote, dure missies zoals de James Webb, Envisat, Sentinel etc dan zie ik weinig toekomst voor deze MEMS accelerometer. Het is dan geen grammen meer tellen. Je wilt dan enkel iets dat je volledig kan vertrouwen en die paar gram verschil doet er dan niet toe.

navigatie in de ruimte is een vak apart. Omdat zwaartekracht niet afwezig is, maar juist afwisselend sterk aanwezig en omdat, net als in de luchtvaart overigens, alle navigatie in 3D dient te gebeuren.
Om je huidige, maar vooral je toekomstige, positie te bepalen, maak je dus al snel gebruik van prachtige formules met een hoop vectoren. Die vectoren stellen krachten, en dus versnellingen, voor.
Een ander punt hier is de relativitietstheorie. Tweakers met meer kennis terzake kunnen vast uitleggen waarom je niet veel hebt aan relatief gemeten snelheden en des te meer aan de meting van versnelling.
ik ga ervan uit dat om die redenen deze sensoren juist voor de ruimtevaart zo interssant zijn (en omwile van hun kostprijs wss )

* the_stickie herinnert zich een prachtig pseudo-wetenschappelijk stuk over positibepaling in de ruimtvaart, maar kan het niet meer vinden

Dit is natuurlijk erg interessant, zwaartekracht heeft geen effect in de ruimte.

Wat je feitelijk zegt, is dat er geen zwaartekracht bestaat.

Als ik de uitleg zo lees doet mij dit sterk denken aan een artikel van afgelopen maand:
nieuws: Onderzoekers ontwikkelen 'origami-robots'

In principe hetzelfde idee, je maakt een slim geconstrueerde 2d layout welke 'zichzelf' kan ontvouwen tot een 3d object/chip.

Mooi ook hoe ze dat silicium zo nauwkeurig kunnen lithograferen (wat opzich niet uniek is, aangezien ze daarom lithografie gebruiken voor de kleinste chips) dat ze gebruik kunnen maken van die restspanningen.
Elk atoompje dat verkeerd zit kan volgens mij de benodigde kracht beinvloeden.

Is dat in Nederlands dan 3D-memmen?

Het zullen ws. 3d-memsen worden