Ingeniería

Fibras de carbono para hacer displays diminutos y baratos

(NC&T) Los ingenieros que desarrollan sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS), quieren fabricar sus diminutas máquinas a base de silicio, porque es barato, abundante, y puede trabajarse con herramientas ya desarrolladas para fabricar circuitos microelectrónicos. Pero hay un problema: el silicio se rompe con demasiada facilidad.

Durante décadas, los investigadores han intentado fabricar pantallitas que usen diminutos espejos montados en osciladores de silicio. Pero el silicio no oscila con suficiente rapidez.

Se necesita algo sumamente rígido para oscilar con una frecuencia de resonancia de 60.000 veces por segundo (el ritmo de exploración de líneas o "actualización de pantalla" de la mayoría de los displays), pero también debe curvarse mucho para lograr el tamaño adecuado de la imagen.

Shahyaan Desai ha estado trabajando durante más de tres años en la Universidad de Cornell para crear un display práctico que encaje con los requerimientos de los MEMS.

Fibras de carbono
Fibras de carbono soportando un diminuto espejo, las cuales se pueden doblar hasta 90 grados millones de veces. (Foto: Thompson Lab/Cornell University)
Desai y sus colegas de la universidad, Michael Thompson (profesor de ciencia e ingeniería de los materiales) y Anil Netravali (profesor de ciencia de las fibras) han dirigido su atención hacia las fibras de carbono, el mismo material que refuerza algunas partes de automóviles, aeronaves, bicicletas, y hasta cañas de pescar.

La fibra de carbono es dos veces más rígida que el silicio, pero 10 veces más flexible.

Las fibras de carbono se fabrican de hojas delgadas y estrechas de grafito que se enrollan y agrupan para formar fibras. Para los usos industriales, las fibras son incluidas en los plásticos con el fin de formar materiales compuestos que son más fuertes que el acero y sin embargo más ligeros. Los MEMS de Desai están hechos con las fibras en bruto.

Desai mostró que las fibras de carbono, de dimensiones micrométricas, pueden doblarse como diminutas cañas de pescar en más de 90 grados, y pueden hacerse vibrar miles de millones de veces sin partirse. "Éste es, que sepamos, el primer material que soporta una deformación tan grande en altas frecuencias sin que aparezcan efectos notables de fatiga", explican los investigadores. El carbono normalmente es un material quebradizo, pero en forma de fibra resiste sin romperse.

Con esta nueva tecnología, sería posible hacer un display increíblemente barato. Y el dispositivo completo sería lo bastante pequeño como para incorporarse dentro de un teléfono móvil con el fin de proyectar una imagen sobre una pared.

Además de servir como osciladores, las fibras de carbono podrían fabricarse como piezas de relojería mecánica, para impulsar una micromáquina durante un largo periodo de tiempo al liberar poco a poco su energía mecánica, o bien liberarla toda de pronto si se pretende conseguir una acción súbita de gran fuerza. También podrían emplearse como micropéndulos capaces de obtener energía a partir del movimiento, lo que haría posible alimentar teléfonos móviles, PDAs y relojes, mediante los movimientos del usuario, y logrando un nivel de eficiencia significativo.


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