Una nuova direzione per le bussole digitali

I telefoni cellulari e molti altri dispositivi mobili ora sono dotati di sensori in grado di seguirli mentre si muovono. Le bussole digitali, i giroscopi e gli accelerometri incorporati in tali dispositivi hanno generato un'ampia gamma di servizi basati sulla posizione, oltre a nuovi modi di controllare i gadget mobili, ad esempio con una scossa o un colpetto. Ora un nuovo modo di realizzare questi sensori potrebbe rendere tale tecnologia più piccola ed economica.

Il progresso potrebbe anche far apparire sensori di movimento in molti più dispositivi e oggetti, tra cui scarpe da corsa o racchette da tennis, afferma Nigel Drew dell'associazione con sede a Barcellona, ​​in Spagna. Microsistemi Baolab , che ha sviluppato la nuova tecnologia.

Baolab ha realizzato un nuovo tipo di bussola digitale utilizzando un metodo di produzione più semplice. La tecnologia apparirà nei dispositivi GPS il prossimo anno, afferma Drew. L'azienda ha anche realizzato prototipi di accelerometri e giroscopi e prevede di combinare tutti e tre i tipi di sensori sullo stesso chip.

Le bussole digitali convenzionali sono realizzate utilizzando la cosiddetta produzione complementare di ossido di metallo e semiconduttore, il metodo più comune per realizzare microchip e circuiti di controllo elettronici. Ma tali bussole includono strutture come i concentratori di campo magnetico che devono essere aggiunti dopo la realizzazione del chip, il che aggiunge complessità e costi. La differenza fondamentale è che [la nostra bussola è] realizzata interamente all'interno del CMOS standard, afferma Drew.

Questo è possibile perché la bussola sfrutta un fenomeno chiamato forza di Lorentz. La maggior parte delle bussole digitali commerciali si basa su un fenomeno diverso, chiamato effetto Hall, che funziona facendo passare una corrente attraverso un conduttore e misurando le variazioni di tensione causate dal campo magnetico terrestre.

La forza di Lorentz, al contrario, si verifica quando un campo magnetico genera una forza su un materiale conduttore quando una corrente lo attraversa. Un dispositivo può determinare il campo magnetico misurando lo spostamento di un oggetto su cui agisce questa forza.

Nei chip di Baolab, un sistema microelettromeccanico (MEMS) su nanoscala è inciso da un chip di silicio convenzionale. Questo dispositivo nano-MEMS è costituito da una massa di alluminio sospesa da molle. Quando un dispositivo guida una corrente attraverso la massa, qualsiasi campo magnetico presente eserciterà una forza sulla massa e influenzerà la sua risonanza. Una coppia di piastre metalliche che fiancheggiano la massa rileverà questi cambiamenti. Un dispositivo può misurare il campo magnetico in una direzione rilevando minuscoli cambiamenti nella capacità di queste piastre. Utilizzando un set di tre di questi sensori, il dispositivo può determinare la direzione del campo magnetico terrestre e quindi il suo orientamento.

Questo tipo di tecnologia di co-integrazione MEMS-CMOS migliorerà la sensibilità e consentirà chip di sensori più piccoli, e quindi più economici, rispetto a quelli convenzionali, afferma Hiroshi Mizuta , professore di nanoelettronica presso il NANO Group della Southampton University.

Ciascuno dei sensori nano-MEMS di Baolab è lungo meno di 90 micron. Drew afferma che dovrebbe essere possibile integrare tutti e tre i tipi di sensori in un singolo chip lungo solo tre millimetri.

Sotto il cappuccio: Un'immagine al microscopio elettronico a scansione della bussola digitale creata da Baolab.

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