Met nano-engineering willen we de kloof tussen nanowetenschap en concrete nanomechanische toepassingen overbruggen, aldus Peter Steeneken, hoofd van de Dynamics of Micro and Nanosystems-groep van de TU Delft. In zijn intreerede ‘Dynamica in de nanomechanica’ morgen staat ‘beweging’ centraal. Zoals de beweging van microscopische zwevende en roterende motortjes en schakelaars, aangedreven door elektrostatische krachten, die onlangs in Delft zijn gemaakt. Steeneken: ‘Ik wil dit soort robotjes nog veel kleiner, sneller en nauwkeuriger gaan maken.’ De rede is live online te volgen via Collegerama.
Kleiner is vaak beter. Door apparaten kleiner te maken gaan productiekosten omlaag, wordt minder energie verbruikt en kunnen we nauwkeuriger werken. Moderne telefoons zitten daarom vol met bewegende microscopisch kleine apparaatjes zoals klokken, microfoons, filters, schakelaars en sensoren. Het is heel interessant om dit soort apparaten nog kleiner en dunner te maken, nog sneller te laten bewegen en nog nauwkeuriger te maken. Om dat te bewerkstelligen is een grote uitdaging.
Een van de manieren om de structuren kleiner te maken, is door nieuwe materialen te gebruiken. Zoals grafeen, een membraan dat slechts een atoom dik is. Grafeen is niet alleen extreem dun, maar ook heel licht en sterk. Deze unieke aspecten maken interessante nieuwe actuatoren en sensoren mogelijk. Op nanoschaal is het gedrag van deze structuren echter heel anders dan op microschaal, en daardoor moeilijk te meten en te voorspellen. Daarnaast zijn op nanoschaal wrijvings- en plakkrachten erg groot. Als twee oppervlakken elkaar raken, dan is het bijna onmogelijk om ze nog los van elkaar te krijgen.
Volgens Steeneken is er maar een manier om structuren wrijvingsloos over grote afstanden met hoge snelheden te bewegen: zweven op nanoschaal. ‘Op grote schaal hebben we vliegtuigen en magnetische zweeftreinen, maar op de microschaal is het nog moeilijk om objecten zwevend te bewegen en roteren’, zegt Steeneken. ‘Het laatste jaar hebben we de eerste stappen gezet waarbij we honderd micrometer dikke zwevende en roterende motortjes en schakelaars hebben gemaakt die worden aangedreven door elektrostatische krachten.’
Device lifecycle management for fleets of IoT devices
Microchip gives insight on device management, what exactly is it, how to implement it and how to roll over the device management during the roll out phase when the products are in the field. Read more. .
Het is een uitdaging om de beweging van zwevende microstructuren te begrijpen, kwantificeren en voorspellen. ‘Maar als we ze in bedwang kunnen houden, bieden ze nieuwe mogelijkheden om de prestaties van nanomechanische systemen te significant te verbeteren’, stelt Steeneken.
Zulke kleine, snel bewegende, zwevende structuren kunnen volgens Steeneken dienst doen als sensoren, spiegels of klokjes. Ook in de microfabricage zijn er mogelijkheden. ‘Het voordeel van zwevende microrobotjes is dat ze heel goedkoop kunnen zijn en allemaal tegelijk hun werk kunnen doen. Zoals mieren in een mierenhoop kunnen ze bouwwerken maken met een precisie en energie-efficiëntie die onmogelijk is met grote machines.’