WD-40 para micromáquinas

En la era de los dispositivos diminutos, las fuerzas de Casimir se han convertido en alborotadores. Descubiertas en 1948, estas complicadas fuerzas cuánticas afectan solo a los objetos que están muy, muy juntos. Y en micromáquinas como los acelerómetros del iPhone o los microespejos en los proyectores digitales, las fuerzas de Casimir pueden hacer que las partes móviles diminutas se peguen entre sí.

la fuerza está con ellos : Con esta disposición de objetos diminutos, las fuerzas de Casimir, normalmente atractivas, se vuelven repulsivas.

Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva y poderosa herramienta para calcular los efectos de estas fuerzas. Con él, han encontrado una forma de organizar objetos diminutos de modo que las fuerzas normalmente atractivas se vuelvan repulsivas. Si los ingenieros pueden diseñar sistemas microelectromecánicos (MEMS) para que las fuerzas de Casimir realmente eviten que sus partes móviles se peguen, podría reducir la tasa de falla de los MEMS existentes y los nuevos, como pequeños dispositivos de microfluidos que pueden realizar cientos de experimentos químicos en paralelo. .

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2010

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Las fuerzas de Casimir son causadas por la forma en que, en la visión de la mecánica cuántica del universo, las partículas subatómicas aparecen y desaparecen constantemente. Hay tantas de estas partículas, que pueden durar solo unas sextillonésimas de segundo, que las fuerzas que ejercen generalmente se equilibran entre sí. Pero cuando los objetos están muy juntos, como deben estar en las micromáquinas, hay poco espacio para que las partículas aparezcan entre ellos. En consecuencia, hay menos partículas transitorias entre ellos para compensar las fuerzas ejercidas por las partículas transitorias a su alrededor. La diferencia de presión acaba empujando los objetos entre sí.

En la década de 1960, los físicos desarrollaron ecuaciones matemáticas que, en principio, describen los efectos de las fuerzas de Casimir en cualquier número de objetos diminutos de cualquier forma. Pero en la mayoría de los casos, esas ecuaciones seguían siendo prohibitivamente difíciles de resolver.

El profesor asociado de matemáticas aplicadas Steven Johnson, los estudiantes de doctorado en física Alexander McCauley y Alejandro Rodríguez '07, y el profesor de física John Joannopoulos han demostrado matemáticamente que los efectos de las fuerzas de Casimir en objetos separados por 100 nanómetros se pueden modelar con precisión utilizando objetos 100.000 veces más grandes y 100.000. tiempos tan distantes, sumergidos en un fluido que conduce la electricidad. En lugar de calcular las fuerzas ejercidas por partículas diminutas que aparecen alrededor de objetos diminutos, los investigadores calculan la fuerza de un campo electromagnético en varios puntos alrededor de objetos de escala centimétrica.

Para objetos con formas extrañas, calcular la intensidad del campo electromagnético en un fluido conductor sigue siendo bastante complicado. Pero es eminentemente factible si se utiliza software de ingeniería estándar. Casi cualquier geometría que se pueda imaginar no ha sido calculada, dice Rodríguez. Con el nuevo enfoque de los investigadores del MIT, eso está a punto de cambiar.

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