Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un nuevo método de manipulación basado en la luz que algún día podría usarse para producir en masa componentes electrónicos para teléfonos inteligentes, computadoras y otros dispositivos. Una forma más barata y rápida de producir estos componentes podría hacer que sea menos costosoconecte objetos cotidianos, desde ropa hasta electrodomésticos, a Internet, avanzando el concepto conocido como Internet de las Cosas. La técnica de micromanipulación también podría usarse para crear un reemplazo más seguro y de carga más rápida para las baterías de dispositivos móviles.
Las trampas ópticas, que usan luz para sostener y mover objetos pequeños en líquido, son un método prometedor sin contacto para ensamblar dispositivos electrónicos y ópticos. Sin embargo, cuando se usan estas trampas para aplicaciones de fabricación, el líquido debe eliminarse, un proceso quetiende a desplazar cualquier patrón o estructura que se haya formado usando una trampa óptica.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , investigadores del Grupo de Investigación de Micromanipulación de Steven Neale, Universidad de Glasgow, Escocia, detallan su método para utilizar un enfoque avanzado de captura óptica conocido como pinzas optoelectrónicas para ensamblar contactos eléctricos. Gracias a un método innovador de liofilización desarrollado por Shuailong Zhang, unmiembro del grupo de investigación de Neale, el líquido podría eliminarse sin alterar los componentes ensamblados.
"Las fuerzas formadas por estas pinzas optoelectrónicas se han comparado con las vigas del tractor de Star-Trek que pueden mover objetos a través de un medio sin que nada los toque", dijo Neale. "Esto evoca imágenes de líneas de ensamblaje sin brazos robóticos. En cambio, los componentes discretos se ensamblan casi mágicamente a medida que se guían por los patrones de luz ".
Los investigadores demostraron la técnica al ensamblar un patrón de pequeñas cuentas de soldadura con una trampa optoelectrónica, eliminar el líquido y luego calentar el patrón para fusionar las cuentas, formando conexiones eléctricas. Utilizaron las cuentas de soldadura para demostrar eso en el futuro, estas micropartículas podrían ensamblarse y fusionarse para crear conexiones eléctricas.
"Las pinzas optoelectrónicas son rentables y permiten la micromanipulación paralela de partículas", dijo Zhang, quien ahora se encuentra en la Universidad de Toronto en Canadá. "En principio, podemos mover 10,000 cuentas al mismo tiempo. Combinando esto con nuestra congelaciónel enfoque de secado crea una plataforma muy económica que es adecuada para su uso en la producción en masa ".
fabricación electrónica mejorada
La nueva técnica podría ofrecer una forma alternativa de hacer las placas de circuito que conectan los componentes que se encuentran en la mayoría de los dispositivos electrónicos actuales. Actualmente, estos tipos de dispositivos se fabrican utilizando máquinas automáticas que recogen piezas pequeñas, las colocan en la placa de circuito y sueldancolocarlos en su lugar. Este proceso requiere una costosa plataforma motorizada para posicionar la placa y un costoso brazo robótico de alta precisión para recoger y colocar las piezas pequeñas en el dispositivo. El costo de estos sistemas de micromanipulación continúa aumentando a medida que el tamaño de la electrónica se reduceaumenta los requisitos de precisión.
"Las pinzas optoelectrónicas y la técnica de liofilización se pueden usar no solo para ensamblar perlas de soldadura, sino también para ensamblar una amplia gama de objetos como nanocables semiconductores, nanotubos de carbono, microlasers y microLED", dijo Zhang. "Eventualmente, nosotrosdesea utilizar esta herramienta para ensamblar componentes electrónicos como condensadores y resistencias, así como dispositivos fotónicos, como láseres y LED, en un dispositivo o sistema ".
Atrapando partículas con manipulación optoelectrónica
Los investigadores utilizaron pinzas optoelectrónicas porque este enfoque de manipulación óptica puede formar miles de trampas a la vez, ofreciendo el potencial de un ensamblaje masivamente paralelo. Las pinzas se forman usando una capa de silicio que cambia su conductividad eléctrica cuando se expone a la luz. En las áreasexpuesto a puntos de luz, se forma un campo eléctrico no uniforme que interactúa con partículas o perlas en una capa líquida en la parte superior del silicio, permitiendo que las partículas se muevan con precisión moviendo el punto de luz. Crear patrones de puntos de luz permite múltiplespartículas para ser movidas simultáneamente.
"Usando nuestro método, podemos mover perlas de soldadura que miden desde el rango del nanómetro hasta aproximadamente 150 micras", dijo Zhang. "Hemos podido mover objetos de más de 150 micras, pero es más difícil porque el tamaño deel objeto aumenta, la fuerza de fricción también aumenta "
Después de usar las pinzas optoelectrónicas para ensamblar un patrón de perlas de soldadura comercialmente disponibles de 40 micras de diámetro, los investigadores congelaron el líquido en el dispositivo de pinzas optoelectrónicas y luego redujeron la presión circundante para permitir que el líquido congelado se convierta directamente de un sólidoen un gas. Este enfoque de liofilización permitió que las perlas de soldadura ensambladas permanecieran fijas en su lugar después de que se eliminó el líquido. Los investigadores dicen que se puede usar para eliminar el líquido usado con cualquier tipo de trampa óptica, o incluso trampas formadas con ondas acústicas.
Además de ensamblar las perlas de soldadura en diferentes líneas, los investigadores también demostraron el ensamblaje paralelo de varias perlas y las usaron para formar conexiones eléctricas. Las perlas de soldadura exhiben una fuerte fuerza dieléctrica, lo que significa que se pueden mover con precisión y rapidez,permitiendo un montaje muy eficiente de estructuras.
Los investigadores ahora están trabajando para convertir su sistema de laboratorio en uno que combine las pinzas optoelectrónicas y el proceso de liofilización en una sola unidad. También están desarrollando una interfaz de software para controlar la generación de un patrón de luz basado en elcantidad de partículas que necesitaban ser atrapadas.
"Ahora estamos usando una computadora para generar el patrón de luz para mover las cuentas, pero estamos trabajando en una aplicación que permita usar una tableta o un teléfono inteligente", dijo Zhang. "Esto podría permitir que alguien se sientelejos del sistema y use su dedo para controlar los movimientos de las partículas, por ejemplo "
Neale recibió recientemente fondos para continuar esta línea de investigación mediante el uso del nuevo enfoque de micromanipulación óptica para crear condensadores de alta densidad de energía para reemplazar las baterías en los dispositivos móviles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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