Newswise: 新しいテクノロジーを開発するとき、エンジニアはそれをシンプルに保つために最善を尽くします。複雑な層を追加すると、さらに問題が発生する可能性があります。

微小電気機械システム (MEMS) を開発する研究者として、ニューヨーク州立大学ビンガムトン大学のモハマド ユニス教授は、マイクロチップほどの大きさのスペースに小さな機械デバイスを取り付けているため、シンプルであることも小型化に貢献しています。

トーマス J. ワトソン工学応用科学大学機械工学科の教員であるユニスは、最近、自律動作を備えた超高感度 MEMS ガス センシング デバイスの開発とテストのために、国立科学財団から 335,000 ドルの助成金を受け取りました。

その目的は、熱暴走の初期指標となる可能性のある水素または二酸化炭素の微量の痕跡を検出するために、リチウムイオン電池と一緒に検出器を設置することです。熱暴走とは、温度の上昇により発熱速度が増加し、極端な温度、火災、爆発につながる制御されていない自己発熱の連鎖反応です。

ユニスは、リチウムイオン電池の使用を促進することで、ニューヨーク州のエネルギー貯蔵エンジン、バッテリーニューヨーク、ノースイースト化学エネルギー貯蔵センター、ニュー・エナジー・ニューヨークなど、ビンガムトン大学のより広範な取り組みに研究を結びつけることになる。

「私はセンサーを扱うだけではありません。センサーを完全なインテリジェント システムの一部にしたいのです」と彼は言いました。 「この場合、センサー、アクチュエーター、および 1 つの入力または 2 つの入力に基づいて意思決定を行う機能がすべて同じ MEMS デバイス内に組み込まれることになります。私は、センサー、アクチュエーター、コントローラー、意思決定ユニットからなる複雑なシステムを置き換えることができるというアイデアに常に興味をそそられています。」

デバイスは自己完結型であるため、処理やアクティブ化のためにデータを送信する必要はありません。ユニス氏が指摘するように、これにより 2 つの問題が解決されます。調査結果を他の場所に送信するためにエネルギーを費やす必要がなく、潜在的なサイバーセキュリティ リスクを心配する必要もありません。

「ネットワークとクラウドに多すぎるデータが溢れかえっている」と同氏は語った。 「また、センサーは安価ですが、センサーから大量のデータをストリーミングし、そのデータの処理も無料ではありません。」

Younis が設計した水素検出センサーは振動ワイヤーを特徴とし、熱伝導率の原理に基づいて動作します。ガスが存在すると、ワイヤーが冷えて硬くなり、振動速度が低下して警報が鳴ります。

「このセンサーの動的メカニズムは静的メカニズムよりもはるかに敏感であり、私は動的メカニズムを使用してこれを行った最初の一人です」と彼は言いました。 「ほとんどの研究者は、受動的電流だけを使って熱伝導率を研究しています。機械エンジニアとして、私の情熱は常に力学にあります。」

さらに、ユニスはカリフォルニア大学バークレー校の化学・生体分子工学科の学部長であるロヤ・マブーディアン教授と共同研究を行っています。マボウディアンは、ガスの貯蔵に使用できる多孔質構造を持つポリマーの一種である有機金属フレームワークを研究しています。 MEMS デバイスを MOF でコーティングすることにより、ポリマーが二酸化炭素を捕捉した際の質量の増加もアラートをトリガーする可能性があります。

2年前にこのセンサープロジェクトに対するNSFの資金提供を申請した際、ユニス氏とマブーディアン氏はノーベル賞受賞者であるビンガムトンのM・スタンリー・ウィッティンガム教授（リチウムイオン電池の先駆者）やバークレーのオマー・ヤギ教授（MOFの主要開発者）とは「ある程度の隔たり」を主張できた。その後、ヤギ氏は中国の清華大学に移り、新材料の発見を加速する人工知能研究室を率いています。

この MEMS 技術の開発が成功すれば、さまざまなセンサーのニーズに適応できる可能性があります。

「用途はガスに限定されません。磁気、圧力、加速度、その他の刺激が考えられます。私は機械エンジニアなので、ガスに特別な執着はありません」とユニス氏は語った。