Minitangetje

Hij lijkt een beetje op een suikertang, maar de micro-gripper is slechts één tiende millimeter lang. Zijn bek meet 10 micron, een honderdste millimeter. Dit mini-gereedschap is een speeltje dat werd gefabriceerd op de Universiteit van Californië in Berkeley. Albert Pisano, een van de vier micromechanica-hoogleraren op het Berkeley Sensor en Actuator Centre (BSAC), trekt een foto uit zijn archief waarop de grijper een protozo beetpakt. Het diertje, een Euglena van 40 bij 7 micron, zit zo te zien klemvast.

'We beschouwen dit als een zeer krachtig research-hulpmiddel', zegt Pisano. 'We denken zelfs dat hij bruikbaar is bij nieuwe chirurgische methoden.' Dit is niet zomaar een pincetje, zo moeten we begrijpen. Het tangetje zit bevestigd op een chip en maakt onderdeel uit van een heus systeem. Pisano verheft zijn stem: 'Er is force-feedback. Een sensor rapporteert wat de grijpkracht is. Je kunt dus precies bepalen hoe hard je knijpt.'

De pincet ontleent zijn grip aan statische elektriciteit. Het BSAC was de eerste die een soort micro-kammen introduceerde om deze krachtbron beter aan te kunnen wenden. De tanden van deze structuren grijpen als een ritssluiting in elkaar, echter zonder elkaar te raken. Voor de benodigde beweging worden de kammen van spanning voorzien. Krijgen tegenover elkaar liggende tanden een gelijke lading, dan stoten ze elkaar af. Bij verschillende ladingen trekken ze in elkaar.

Om dit soort elektrostatische kammen te testen maakte Abraham Lee tijdens zijn promotietijd op Berkeley een 'micro-vibromotor'. Het friemeltje bestaat uit een schijfje dat als een hoepel met een stokje wordt rondgeslagen. Het stokje wordt op en neer bewogen door vibraties van de statische kammen.

Is het wel een realistisch werktuig? Pisano: 'Ja zeker. Maar eigenlijk is deze pincet te klein. Hij kan één cel van een tafel oppikken. Daar gaat het echter niet om. Biologen willen juist cellen uit een groep kunnen plukken, als druiven uit een tros. Daar heb je een veel sterkere grijper voor nodig, eentje die 10 maal groter is.'

Tien maal groter betekent ook dat verschillende krachten weer anders werken. Statische elektriciteit komt bijvoorbeeld kracht tekort om het materiaal silicium te buigen van een tien maal grotere grijper. Pisano: 'Tien maal vergroten door simpelweg kopieëren werkt niet. Als we de dimensies veranderen, moeten we een totaal nieuwe ontwerpmethodiek toepassen.'

Een micromechanisch instrument dat werkt met statische elektriciteit en dat het fröbelstadium al lang is ontstegen is een chip van Texas Instruments met 2,3 miljoen microspiegels van elk 16 bij 16 micrometer. Al deze reflecterende vlakjes zitten samen op een plaatje silicium met ongeveer het oppervlak van een doosje rode zwaluw-lucifers. Elk spiegeltje is afzonderlijk te bewegen.

Het apparaatje heet Digital Micromirror Device (DMD). Texas Instruments heeft de DMD ontwikkeld als goedkoop alternatief voor projectie-tv. Afgelopen februari demonstreerde TI voor het eerst hdtv-toestellen met DMD's op de High Definition Systems Conference in Washington.

Ruim twee miljoen spiegeltjes, dat is gewoon veel van hetzelfde. Binnen de halfgeleiderindustrie maakt je met dat soort getallen dan ook niet snel indruk. Het bijzondere is echter dat de hele DMD te produceren is in een fabriek met standaard fabricageprocessen voor chips (CMOS).

Spiegelend projecteren is een vernuftig werkje. In het hdtv-toestel van TI schijnt een Xenonlamp (575 watt) het licht via de DMD op een projectiescherm. Dat gaat op dezelfde manier als bij een diaprojector, alleen zitten er hier spiegeltjes tussen. In het prototype projectie-hdtv weerkaatst elk van de drie DMD-chips een van de kleuren groen, rood en blauw. En elk van de 2,3 miljoen spiegels kan het licht voor één pixel afbuigen of doorlaten naar het projectiescherm. Twee standen zijn mogelijk, vandaar digital micromirrors.

De beeldinformatie zit volledig in de signalen waarmee de DMD's worden aangestuurd. Elk afzonderlijk spiegeltje doseert tijdsafhankelijk één van de kleuren rood, groen en blauw licht. De intensiteit en de kleurdosering is een kwestie van korter of langer op het projectiescherm spiegelen. De drie gereflecteerde bundels worden daarbij over elkaar heen geprojecteerd - gaat al het licht door, dan krijgen we een witte projectie. Dit mechanisme is zeer nauwkeurig. Om in de juiste stand te klappen hebben de microspiegeltjes slechts 10 miljoenste seconde nodig terwijl voor elk beeld een maximale doseringstijd beschikbaar is van 33 duizendste seconde.

Afgelopen mei maakte het Amerikaanse Department of Defence bekend dat er gedurende 5 jaar 600 miljoen dollar beschikbaar zou komen voor grootschalige produktie van platte schermen. Texas Instruments was er als eerste bij om bekend te maken dat het van deze regeling wil profiteren. Het bedrijf wil voortmaken met de massa-produktie van zogenaamde FED-schermen en digital micromirror devices.