Muziek maken op de micrometer

Snaren die een fractie van een mensenhaar dik zijn, met microgewichtjes eraan om te kunnen tokkelen: onderzoekers en studenten van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd het eerste muziekinstrument te bouwen met micrometer afmetingen dat hoorbare tonen produceert.

Eerdere muziekinstrumenten met deze minieme afmetingen produceerden alleen tonen die niet voor mensen hoorbaar zijn. Dankzij een slimme constructie zijn UT-studenten erin geslaagd wèl hele toonladders te produceren die na versterking hoorbaar zijn. Ze maken daarvoor gebruik van de mogelijkheden van micromechanica: het bouwen van bewegende structuren met afmetingen in het micrometerbereik (een micrometer is een duizendste millimeter). Deze minuscule apparaatjes zijn te bouwen dankzij de ultraschone omstandigheden in een clean room en de geavanceerde etstechnieken die daar voorhanden zijn. "Vergelijkbare technologie zie je bijvoorbeeld in de Wii spelcomputer, om je bewegingen te detecteren, of in sensoren voor airbags", aldus promovendus Johan Engelen die het studentenproject heeft bedacht en begeleid.

Stemmen

Het muziekinstrumentje bestaat uit veren die slechts een tiende van een mensenhaar dik zijn en die in lengte variëren tussen een halve en een hele millimeter. Aan deze veren hangt een massa van enkele tientallen microgrammen.

De massa krijgt een zetje dankzij zogenaamde comb drives: kleine kammetjes die precies in elkaar vallen en die onder invloed van een elektrische spanning ten opzichte van elkaar gaan schuiven. Zo worden de klanken 'getokkeld'. De massa gaat trillen met een maximale uitslag van slechts een paar micrometer. Die minieme beweging is goed te meten en levert een toon op. Elke toon heeft zijn eigen massa-veersysteem en op een chipje passen zo zes tonen. Door meerdere chips te combineren is een groter bereik te krijgen. "Het stemmen bleek de grootste uitdaging", aldus Engelen. "Daarvan kunnen we veel leren voor het fabriceren van andere bewegende structuren. Bovenal is dit een prachtig project om de studenten te laten kennismaken met micromechanica en cleanroom technieken."

Het project is uitgevoerd in de groep Transducers Science and Technology van prof. Miko Elwenspoek. De groep maakt deel uit van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente.

bron: Universiteit Twente