Ontwikkeling van touwen voor de meest gevoelige mechanische sensoren ter wereld.

ENGINEERINGNET.BE – Nieuw ontwikkelde nanostrings hebben de hoogste mechanische kwaliteitsfactoren ooit gemeten voor een object blootgesteld aan kamertemperatuur.

De touwtjes zijn vastgemaakt aan een microchip, waardoor de technologie interessant is voor integratie met bestaande microchipplatforms.

Mechanische kwaliteitsfactoren geven aan in welke mate energie uit een trillend object stroomt. Deze snaren zijn speciaal ontworpen om trillingen vast te houden en hun energie niet te laten ontsnappen.

“Onze nanostrings trillen 100.000 keer per seconde”, zegt universitair hoofddocent Richard Norte van de TU Delft. “Omdat energie moeilijk kan ontsnappen, kan omgevingsgeluid ook moeilijk binnendringen, waardoor het een van de beste sensoren is om te gebruiken in omgevingen met kamertemperatuur.”

Deze innovatie is cruciaal voor het bestuderen van macroscopische kwantumfenomenen bij kamertemperatuur, waar dergelijke fenomenen voorheen werden gemaskeerd door ruis.

Het vermogen van nanostrings om zichzelf te isoleren van trillingsruis stelt hen in staat een venster te openen naar hun eigen kwantumsignatuur; ketens bestaande uit miljarden atomen. In alledaagse omgevingen zou deze eigenschap interessante toepassingen hebben voor kwantumdetectie.

De nanostructuren zijn gemaakt met behulp van geavanceerde nanotechnieken die zijn ontwikkeld aan de TU Delft en verleggen de grenzen van hoe dunne en lange hangende nanostructuren kunnen worden gemaakt.

Een belangrijk punt van deze nanostructuren is dat ze naadloos op een microchip kunnen worden gefabriceerd, wat resulteert in een buitengewone overeenkomst tussen simulaties en experimenten. Op deze manier kunnen simulaties fungeren als gegevens voor machine learning-algoritmen, in plaats van dure experimenten.

De TU Delft gebruikte machine learning-algoritmen om het ontwerp te optimaliseren zonder voortdurend prototypes te maken.

Deze algoritmen maakten op slimme wijze gebruik van inzichten uit experimenten met eenvoudigere en kortere strings om ontwerpen voor langere strings te verfijnen, waardoor het ontwikkelingsproces economisch en effectief werd.

De nieuwe nanostrings bieden veelbelovende mogelijkheden voor de integratie van zeer gevoelige sensoren met standaard microchiptechnologie, wat zou kunnen leiden tot nieuwe benaderingen van op trillingen gebaseerde detectie.

Bovendien kunnen de concepten worden uitgebreid naar complexere ontwerpen om andere belangrijke parameters te meten, zoals versnelling voor traagheidsnavigatie of iets meer als een trillende kop voor de volgende generatie microfoons.