WD-40 pour micromachines

À l'ère des petits appareils, les forces de Casimir sont devenues des fauteurs de troubles. Découvertes en 1948, ces forces quantiques complexes n'affectent que des objets très, très proches les uns des autres. Et dans les micromachines comme les accéléromètres de l'iPhone ou les micromiroirs des projecteurs numériques, les forces de Casimir peuvent provoquer le collage de minuscules pièces mobiles.

la force est avec eux : Avec cet arrangement d'objets minuscules, les forces de Casimir habituellement attractives deviennent répulsives.

Les chercheurs du MIT ont développé un nouvel outil puissant pour calculer les effets de ces forces. Avec lui, ils ont trouvé un moyen d'organiser de minuscules objets de manière à ce que les forces habituellement attractives deviennent répulsives. Si les ingénieurs peuvent concevoir des systèmes microélectromécaniques (MEMS) de sorte que les forces de Casimir empêchent réellement leurs pièces mobiles de coller ensemble, cela pourrait réduire le taux de défaillance des MEMS existants et des nouveaux, tels que de minuscules dispositifs microfluidiques pouvant effectuer des centaines d'expériences chimiques en parallèle. .

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2010

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

Les forces de Casimir sont causées par la façon dont, dans la vue de la mécanique quantique de l'univers, les particules subatomiques clignotent constamment dans et hors de l'existence. Il y a tellement de ces particules, qui peuvent ne durer que quelques sextillionièmes de seconde, que les forces qu'elles exercent s'équilibrent généralement. Mais lorsque les objets sont très proches les uns des autres, comme ils doivent l'être dans les micromachines, il y a peu de place pour que des particules apparaissent entre eux. Par conséquent, il y a moins de particules transitoires entre elles pour compenser les forces exercées par les particules transitoires qui les entourent. La différence de pression finit par pousser les objets l'un vers l'autre.

Dans les années 1960, les physiciens ont développé des équations mathématiques qui, en principe, décrivent les effets des forces de Casimir sur n'importe quel nombre de petits objets de n'importe quelle forme. Mais dans la plupart des cas, ces équations restaient excessivement difficiles à résoudre.

Le professeur agrégé de mathématiques appliquées Steven Johnson, les doctorants en physique Alexander McCauley et Alejandro Rodriguez '07, et le professeur de physique John Joannopoulos ont mathématiquement démontré que les effets des forces de Casimir sur des objets distants de 100 nanomètres peuvent être modélisés avec précision en utilisant des objets 100 000 fois plus grands et 100 000 fois plus éloignées, immergées dans un fluide conducteur d'électricité. Au lieu de calculer les forces exercées par de minuscules particules qui apparaissent autour de minuscules objets, les chercheurs calculent la force d'un champ électromagnétique en divers points autour d'objets à l'échelle centimétrique.

Pour les objets aux formes étranges, le calcul de l'intensité du champ électromagnétique dans un fluide conducteur est encore assez compliqué. Mais c'est tout à fait faisable en utilisant un logiciel d'ingénierie standard. Presque toutes les géométries auxquelles vous pouvez penser n'ont pas été calculées, explique Rodriguez. Avec la nouvelle approche des chercheurs du MIT, cela est sur le point de changer.

cacher