211service.com
WD-40 voor micromachines
In het tijdperk van kleine apparaten zijn Casimir-troepen naar voren gekomen als onruststokers. Deze gecompliceerde kwantumkrachten, ontdekt in 1948, hebben alleen invloed op objecten die heel, heel dicht bij elkaar staan. En in micromachines zoals de versnellingsmeters in de iPhone of de microspiegels in digitale projectoren, kunnen Casimir-krachten ervoor zorgen dat kleine bewegende delen aan elkaar blijven plakken.
de kracht is met hen : Met deze opstelling van kleine objecten worden de normaal aantrekkelijke Casimir-krachten afstotend.
MIT-onderzoekers hebben een krachtige nieuwe tool ontwikkeld om de effecten van deze krachten te berekenen. Hiermee hebben ze een manier gevonden om kleine objecten zo te rangschikken dat de normaal aantrekkende krachten weerzinwekkend worden. Als ingenieurs micro-elektromechanische systemen (MEMS) kunnen ontwerpen zodat de Casimir-krachten daadwerkelijk voorkomen dat hun bewegende delen aan elkaar blijven kleven, zou dit het faalpercentage van bestaande MEMS en nieuwe kunnen verlagen, zoals kleine microfluïdische apparaten die honderden chemische experimenten parallel kunnen uitvoeren .
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2010
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Casimirkrachten worden veroorzaakt door de manier waarop, in de kwantummechanische kijk op het universum, subatomaire deeltjes constant in en uit het bestaan flitsen. Er zijn zoveel van deze deeltjes, die misschien maar een paar sextiljoensten van een seconde duren, dat de krachten die ze uitoefenen elkaar over het algemeen in evenwicht houden. Maar wanneer objecten heel dicht bij elkaar staan - zoals ze in micromachines moeten zijn - is er weinig ruimte voor deeltjes om tussen hen in te flitsen. Bijgevolg zijn er minder tijdelijke deeltjes tussen hen om de krachten te compenseren die worden uitgeoefend door de voorbijgaande deeltjes om hen heen. Het drukverschil zorgt ervoor dat de objecten naar elkaar toe worden geduwd.
In de jaren zestig ontwikkelden natuurkundigen wiskundige vergelijkingen die in principe de effecten van Casimir-krachten op een willekeurig aantal kleine objecten van elke vorm beschrijven. Maar in de meeste gevallen bleven die vergelijkingen onbetaalbaar moeilijk op te lossen.
Universitair hoofddocent toegepaste wiskunde Steven Johnson, natuurkunde-promovendi Alexander McCauley en Alejandro Rodriguez '07, en natuurkundeprofessor John Joannopoulos hebben wiskundig aangetoond dat de effecten van Casimir-krachten op objecten op 100 nanometer afstand nauwkeurig kunnen worden gemodelleerd met objecten die 100.000 keer zo groot en 100.000 keer zijn keer zo ver uit elkaar, ondergedompeld in een vloeistof die elektriciteit geleidt. In plaats van de krachten te berekenen die worden uitgeoefend door minuscule deeltjes die rond kleine objecten flitsen, berekenen de onderzoekers de sterkte van een elektromagnetisch veld op verschillende punten rond objecten op centimeterschaal.
Voor objecten met vreemde vormen is het berekenen van de elektromagnetische veldsterkte in een geleidende vloeistof nog vrij ingewikkeld. Maar het is bij uitstek haalbaar met kant-en-klare engineeringsoftware. Bijna elke denkbare geometrie is niet berekend, zegt Rodriguez. Met de nieuwe aanpak van de MIT-onderzoekers komt daar verandering in.