211service.com
WD-40 til mikromaskiner
I en tid med små enheder er Casimir-styrker dukket op som ballademagere. Opdaget i 1948 påvirker disse komplicerede kvantekræfter kun objekter, der er meget, meget tæt på hinanden. Og i mikromaskiner som accelerometrene i iPhone eller mikrospejlene i digitale projektorer, kan Casimir-kræfter få små bevægelige dele til at hænge sammen.
kraften er med dem : Med dette arrangement af små genstande bliver de normalt attraktive Casimir-kræfter frastødende.
MIT-forskere har udviklet et kraftfuldt nyt værktøj til at beregne virkningerne af disse kræfter. Med den har de fundet en måde at arrangere små genstande, så de sædvanligvis tiltrækkende kræfter bliver frastødende. Hvis ingeniører kan designe mikroelektromekaniske systemer (MEMS), så Casimir-kræfterne faktisk forhindrer deres bevægelige dele i at klæbe sammen, kan det sænke fejlraten for eksisterende MEMS og nye, såsom små mikrofluidiske enheder, der kan udføre hundredvis af kemiske eksperimenter parallelt .
Denne historie var en del af vores juli 2010-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
Casimir-kræfter er forårsaget af den måde, i den kvantemekaniske opfattelse af universet blinker subatomære partikler konstant ind og ud af eksistensen. Der er så mange af disse partikler, som måske kun varer nogle få sekstilliontedele af et sekund, at de kræfter, de udøver, generelt balancerer hinanden. Men når objekter er meget tæt på hinanden - som de skal være i mikromaskiner - er der lidt plads til, at partikler kan blinke ind imellem dem. Som følge heraf er der færre transiente partikler mellem dem for at udligne de kræfter, som de transiente partikler udøver omkring dem. Forskellen i tryk ender med at skubbe genstandene mod hinanden.
I 1960'erne udviklede fysikere matematiske ligninger, der i princippet beskriver virkningerne af Casimir-kræfter på et vilkårligt antal små objekter af enhver form. Men i de fleste tilfælde forblev disse ligninger uoverkommeligt svære at løse.
Lektor i anvendt matematik Steven Johnson, fysik-ph.d.-studerende Alexander McCauley og Alejandro Rodriguez '07 og fysikprofessor John Joannopoulos har matematisk vist, at virkningerne af Casimir-kræfter på objekter 100 nanometer fra hinanden kan modelleres præcist ved at bruge objekter 100.000 gange så store og 1000 gange så store. gange så langt fra hinanden, nedsænket i en væske, der leder elektricitet. I stedet for at beregne de kræfter, der udøves af små partikler, der blinker til eksistens omkring små objekter, beregner forskerne styrken af et elektromagnetisk felt på forskellige punkter omkring objekter i centimeterskala.
For genstande med ulige former er det stadig ret kompliceret at beregne elektromagnetisk feltstyrke i en ledende væske. Men det er i høj grad muligt at bruge off-the-shelf engineering software. Næsten enhver geometri, du kan komme i tanke om, er ikke blevet beregnet, siger Rodriguez. Med MIT-forskernes nye tilgang er det ved at ændre sig.