Hoe zet je een ultraklein onderdeel in geavanceerde technologieën aan en uit? Je hebt een aandrijving nodig, een apparaat dat een input zoals elektriciteit in fysieke beweging overbrengt. Echter, actuatoren in kleinschalige technologieën hebben tot op heden kritische beperkingen. Bijvoorbeeld, als het moeilijk is om de actuator in halfgeleiderelektronica te integreren, real-world toepassingen van de technologie zullen beperkt zijn. Een actuatorontwerp dat snel werkt, heeft nauwkeurige aan/uit-regeling, en compatibel is met moderne elektronica zou enorm nuttig zijn.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Nano-letters , een team met onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft zo'n actuator ontwikkeld. Zijn gevoeligheid, snelle aan/uit reactie, en precisie op nanometerschaal zijn ongeëvenaard.

De actuator van de onderzoekers is gebaseerd op vanadiumoxidekristallen. Veel huidige technologieën gebruiken een eigenschap van vanadiumoxide die bekend staat als de faseovergang om buigbewegingen buiten het vlak te veroorzaken in kleinschalige apparaten. Bijvoorbeeld, dergelijke actuatoren zijn nuttig in ultrakleine spiegels. Het gebruik van de faseovergang om buiging in het vlak te veroorzaken is veel moeilijker, maar zou handig zijn bijvoorbeeld, in ultrakleine grijpers in de geneeskunde.

"Bij 68°C, vanadiumoxide ondergaat een scherpe overgang van monokliene naar rutielfase die nuttig is in technologieën op microschaal, " legt co-auteur Teruo Kanki uit. "We gebruikten een chevron-type (zaagtand) apparaatgeometrie om de buiging in het vlak van het kristal te versterken, en nieuwe toepassingen openen."

Met behulp van een tweestapsprotocol, de onderzoekers fabriceerden een vijftien micrometer lang vanadiumoxidekristal dat door een reeks armen van tien micrometer aan een vast frame was bevestigd. Door middel van een faseovergang veroorzaakt door een gemakkelijk bereikbare stimulus - een temperatuurverandering van 10 ° C - beweegt het kristal 225 nanometer in het vlak. Het expansiegedrag is zeer reproduceerbaar, gedurende duizenden cycli en enkele maanden.

"We hebben de actuator ook in het vlak verplaatst als reactie op een laserstraal, " zegt Nicola Manca en Luca Pelligrino, co-auteurs. "De aan/uit-responstijd was een fractie van een milliseconde in de buurt van de faseovergangstemperatuur, met weinig verandering bij andere temperaturen, waardoor onze actuatoren de meest geavanceerde ter wereld zijn."

Kleinschalige technologieën zoals geavanceerde geïmplanteerde apparaten voor medicijnafgifte zouden niet werken zonder de mogelijkheid om ze snel aan en uit te zetten. Het onderliggende principe van de actuator van de onderzoekers:een omkeerbare faseovergang voor aan/uit, beweging in het vlak - zal de bruikbaarheid van veel moderne technologieën drastisch vergroten. De onderzoekers verwachten dat de nauwkeurigheid en snelheid van hun actuator vooral nuttig zal zijn voor micro-robotica.