Met nano-engineering willen we de kloof tussen nano wetenschap en concrete nanomechanische toepassingen overbruggen, aldus prof.dr. Peter Steeneken, hoofd van de Dynamics of Micro and Nanosystems groep van de TU Delft. In zijn intreerede ‘Dynamica in de nanomechanica’ op vrijdag 7 december stond ‘beweging’ centraal. Zoals de beweging van microscopische zwevende en roterende motortjes en schakelaars, aangedreven door elektrostatische krachten, die onlangs in Delft zijn gemaakt. ‘Ik wil dit soort robotjes nog veel kleiner, sneller en nauwkeuriger gaan maken.’ De rede is online terug te zien 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 dus 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.
Nieuwe sensoren en actuatoren
Een van de manieren om de structuren kleiner te maken is door nieuwe materialen te gebruiken. Zoals grafeen, een membraan dat slechts 1 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.
Zweven op nanoschaal
Volgens Steeneken is er maar één 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. Het laatste jaar hebben we de eerste stappen gezet waarbij we 100 micrometer dikke zwevende en roterende motortjes en schakelaars hebben gemaakt die worden aangedreven door elektrostatische krachten.’ Steeneken: ‘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.’
Zwevende microrobotjes
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.’ Lees Verder
