Sistema de un solo actuador permite un control de precisión sin sensores de instrumentos quirúrgicos en miniatura

El posicionamiento de dispositivos microelectromecánicos en miniatura en aplicaciones médicas se basa tradicionalmente en una combinación de actuadores que provocan el movimiento y sensores que detectan la posición. Ahora, la capacidad de controlar con precisión la posición y el movimiento de dispositivos en miniatura se está adentrando en un nuevo territorio con el desarrollo, por parte de científicos, de dispositivos más pequeños y simples sin un solo sensor. Los dispositivos prototipo también usan un solo actuador en lugar de los varios que normalmente se requieren. Tener un solo actuador permitió a los investigadores reducir el tamaño de sus dispositivos y también reducir la complejidad de la electrónica y la fuente de alimentación.

Los dispositivos desarrollados por científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST; Thuwal, Arabia Saudita) se fabrican a partir de una placa de silicio sobre un aislante, con dimensiones finales de 2 por 2,5 milímetros de ancho y solo 0,4 milímetros de espesor. La simplicidad del diseño al estar construido a partir de una sola placa de material es otra innovación significativa: los dispositivos alternativos generalmente requieren varias partes distintas. Los científicos desarrollaron y probaron varias versiones de sus dispositivos y quedaron satisfechos con los prometedores resultados.

Demostraron que la aplicación de un voltaje adecuado puede cambiar la sección móvil a través de una serie de posiciones fijas separadas por solo 10 micrómetros. Esto llevaría cualquier componente que se esté posicionando en una aplicación del mundo real. Una fila de pestillos y pinzas dentadas a cada lado de la parte móvil la mantiene en posiciones estables sin necesidad de ningún sensor. Cambiar el voltaje puede devolver el sistema a su configuración original.

Los científicos creen que el desempeño demostrado por sus prototipos podría usarse algún día para controlar con precisión instrumentos quirúrgicos en miniatura, lo que permitiría técnicas extremadamente finas que actualmente no son posibles. O podría usarse para llevar medicamentos a ubicaciones y momentos muy precisos. Esperan que también pueda encontrar aplicaciones en muchas áreas de la industria donde la miniaturización y los microdispositivos están llevando la tecnología a escalas cada vez más bajas.

“Los dispositivos se pueden implementar en espacios muy estrechos sin agregar la congestión que podría implicar el uso de métodos alternativos”, dijo Hossein Fariborzi, profesor de ingeniería eléctrica. “Debido al diseño y control simples, podemos eliminar las conexiones eléctricas directas y permitir la activación remota y, por lo tanto, aumentar en gran medida la flexibilidad de este microsistema para su uso en diversas aplicaciones”.

“Nuestro enfoque novedoso elimina los sensores”, explicó el posdoctorado Hussein Hussein. “El diseño básico podría ajustarse fácilmente para adaptarse a cualquier aplicación y ponerlo en práctica”.

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