KNOXVILLE, TN, 17 avril 2025 /24-7PressRelease/ -- Dans un avancée majeure pour la technologie des systèmes microélectromécaniques (MEMS), des chercheurs ont dévoilé un nouveau miniaturisé accéléromètre qui peut augmenter la sensibilité, réduisant le bruit et l’instabilité de biais tout en maintenant une taille de puce compacte. L'innovation repose sur un nouveau mécanisme anti-ressort présentant des faisceaux courbés préformés, qui permet d'adoucir la raideur sans nécessiter de grandes forces de biais ou des déplacements. Ce design améliore non seulement la performance mais maintient également un facteur de forme compact, le rendant hautement adapté à des applications allant de la détection des séismes au suivi de la santé structurelle.

Les accéléromètres des systèmes microélectromécaniques (MEMS) jouent un rôle essentiel dans des applications de haute précision telles que la mesure de la gravité, le suivi de la santé structurelle et la navigation inertielle. Cependant, améliorer leur résolution a longtemps été un défi en raison des limites du plancher de bruit et de la sensibilité. Les approches conventionnelles s'appuient souvent sur des masses preuves encombrantes et des structures complexes. La nécessité d'un accéléromètre plus compact et hautement sensible qui surmonte ces contraintes a poussé les chercheurs à explorer de nouvelles stratégies de conception.

Maintenant, une équipe de l'Université ShanghaiTech et de l'Institut des microsystèmes et de la technologie de l'information de Shanghai a relevé ce défi avec une conception novatrice. Leur recherche (DOI : 10.1038/s41378-024-00826-x), publiée dans Microsystems & Nanoengineering le 5 mars 2025, introduit un accéléromètre MEMS doté d'un mécanisme anti-ressort avancé. En utilisant deux faisceaux courbés préformés, ce mécanisme permet d’adoucir la raideur avec une force de biais et un déplacement réduits, atteignant une augmentation de 10,4 % de la sensibilité tout en réduisant le plancher de bruit et l’instabilité de biais.

Le cœur de cette innovation est le mécanisme anti-ressort, qui se compose de deux faisceaux courbés préformés, fixés aux deux extrémités, disposés en parallèle. Contrairement aux conceptions existantes nécessitant de grandes masses preuves pour augmenter la sensibilité, cette approche atteint le même effet en réduisant considérablement la force de biais et le déplacement de biais nécessaires pour obtenir une quasi-zero raideur. La force et le déplacement de biais nécessaires sont réduits d'un ordre de grandeur par rapport à l'approche conventionnelle. L'équipe de recherche a validé son concept à la fois par modélisation théorique et simulations par méthode des éléments finis (FEM). Un prototype fabriqué, avec une taille de puce centrale de seulement 4,2 mm × 4,9 mm, a démontré une augmentation de 10,4 % de la sensibilité à 51,1 mV/g, une réduction de 10,5 % du plancher de bruit de 21,3 μg/√Hz—fournissant une voie praticable pour améliorer les performances et la miniaturisation des accéléromètres MEMS.

"Ce nouveau mécanisme anti-ressort marque une avancée significative dans la technologie des accéléromètres MEMS," a déclaré le Dr. Fang Chen, l'un des chercheurs principaux. "En permettant un adoucissement de la raideur avec une force de biais minimale, nous avons non seulement amélioré la sensibilité mais aussi atteint un design plus compact et intégrable. Cette percée ouvre de nouvelles perspectives pour la détection de haute précision dans divers domaines."

L'impact de cette recherche s'étend à plusieurs industries, en particulier dans les applications nécessitant des mesures d'accélération précises. Le design compact et haute performance rend cet accéléromètre idéal pour la construction de systèmes et réseaux de mesure d'accélération de haute densité, à bas coût et de haute précision. La recherche future se concentrera sur le raffinement des structures de réglage de biais et l'optimisation des circuits d'interface pour améliorer encore les performances de l'accéléromètre MEMS.

Références
DOI
10.1038/s41378-024-00826-x

URL de la source originale
https://doi.org/10.1038/s41378-024-00826-x

Informations sur le financement
Ce travail a été soutenu par le Programme National Clé de Recherche et Développement de la Chine Nos. 2022YFB3205000, 2022YFB3205004 et 2024YFB3614100 ; la Fondation Nationale des Sciences Naturelles de Chine (NSFC) 61974156, la Fondation du Laboratoire d'État Clé de Technologie de Capteurs SKT2303, et le Programme Provincial de Recherche et Développement Clé de Jiangsu BE2023048.

Journal
Microsystems & Nanoengineering

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