WD-40 per micromacchine

Nell'era dei piccoli dispositivi, le forze di Casimir sono emerse come piantagrane. Scoperte nel 1948, queste complicate forze quantistiche influenzano solo gli oggetti che sono molto, molto vicini tra loro. E in micromacchine come gli accelerometri dell'iPhone oi microspecchi nei proiettori digitali, le forze di Casimir possono far aderire insieme minuscole parti mobili.

la forza è con loro : Con questa disposizione di piccoli oggetti, le forze di Casimir normalmente attraenti diventano repulsive.

I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo potente strumento per calcolare gli effetti di queste forze. Con esso, hanno trovato un modo per disporre piccoli oggetti in modo che le normali forze attrattive diventino repulsive. Se gli ingegneri possono progettare sistemi microelettromeccanici (MEMS) in modo che le forze di Casimir impediscano effettivamente alle loro parti mobili di attaccarsi, potrebbe ridurre il tasso di guasto dei MEMS esistenti e di quelli nuovi, come i minuscoli dispositivi microfluidici che possono eseguire centinaia di esperimenti chimici in parallelo .

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2010

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Le forze di Casimir sono causate dal modo in cui, nella visione quantomeccanica dell'universo, le particelle subatomiche lampeggiano costantemente dentro e fuori dall'esistenza. Ci sono così tante di queste particelle, che potrebbero durare solo pochi sestilionesimi di secondo, che le forze che esercitano generalmente si equilibrano a vicenda. Ma quando gli oggetti sono molto vicini tra loro, come devono essere nelle micromacchine, c'è poco spazio per le particelle che si generano tra di loro. Di conseguenza, ci sono meno particelle transitorie tra di loro per compensare le forze esercitate dalle particelle transitorie intorno a loro. La differenza di pressione finisce per spingere gli oggetti l'uno verso l'altro.

Negli anni '60, i fisici hanno sviluppato equazioni matematiche che, in linea di principio, descrivono gli effetti delle forze di Casimir su un numero qualsiasi di piccoli oggetti di qualsiasi forma. Ma nella maggior parte dei casi, quelle equazioni rimanevano proibitivamente difficili da risolvere.

Il professore associato di matematica applicata Steven Johnson, i dottorandi di fisica Alexander McCauley e Alejandro Rodriguez '07 e il professore di fisica John Joannopoulos hanno dimostrato matematicamente che gli effetti delle forze di Casimir su oggetti a 100 nanometri di distanza possono essere modellati con precisione usando oggetti 100.000 volte più grandi e 100.000 volte più distanti, immersi in un fluido che conduce elettricità. Invece di calcolare le forze esercitate da minuscole particelle che lampeggiano intorno a oggetti minuscoli, i ricercatori calcolano la forza di un campo elettromagnetico in vari punti attorno a oggetti di dimensioni centimetriche.

Per oggetti con forme strane, il calcolo dell'intensità del campo elettromagnetico in un fluido conduttore è ancora abbastanza complicato. Ma è estremamente fattibile utilizzando software di ingegneria standard. Quasi tutte le geometrie a cui puoi pensare non sono state calcolate, afferma Rodriguez. Con il nuovo approccio dei ricercatori del MIT, questo sta per cambiare.

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