Accéléromètre et gyroscope MEMS NASA utilisant un ruban de nanotubes de carbone haute résistance

Le centre de vol spatial Marshall de la NASA a développé des conceptions pour deux capteurs de position et de mouvement micro-électromécaniques (MEMS) : un accéléromètre mono-axe et un gyroscope. Ces conceptions exploitent un ruban de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) hautement aligné avec une matrice P(VDF-TrFE), mécaniquement robuste et doté d'excellentes propriétés piézoélectriques, comme élément de détection et d'actionnement.

L'utilisation de ruban CNT dans un gyroscope est rendue possible par les améliorations récentes du traitement des CNT qui produisent des CNT plus longs et plus hautement alignés. L'utilisation de CNT rend l'accéléromètre et les gyroscopes plus solides et plus robustes, sans augmenter leur taille ni leur poids. L'avantage principal, comparé aux capteurs en silicium (Si) et en quartz, est une fabrication plus facile ne nécessitant pas d'usinage.

Accéléromètre : surmonter les limites des matériaux céramiques

L'accéléromètre de la NASA a été conçu pour pallier les défauts des accéléromètres piézoélectriques conventionnels en matériaux céramiques comme le titanate de baryum (BaTiO₃) ou le titanate de plomb (PZT). Ces matériaux sont intrinsèquement fragiles, ont tendance à être bruyants, peinent à détecter les basses fréquences, sont sujets à l'accumulation de charge statique affectant la polarisation, et sont relativement grands et coûteux. L'innovation unique de la NASA est l'utilisation de ruban nanotube de carbone/P(VDF-TrFE) comme élément d'actionnement et de détection.

Le nouvel accéléromètre agit comme un système masse-ressort. Une masse mobile se trouve entre des parois fixes et est attachée à deux rubans CNT de chaque côté. La masse se déplace le long d'un seul axe quand une force appliquée agit sur elle. Ce capteur utilise un ruban comme actionneur pour amortir le mouvement de la masse mobile, tandis que l'autre ruban sert à détecter le déplacement de la masse.

Gyroscope : trois configurations

L'accéléromètre mono-axe peut être utilisé seul ou comme base pour un gyroscope à deux axes. Le ruban CNT sert d'élément vibrant dans le gyroscope. La conception du gyroscope NASA couvre trois configurations : ruban CNT enroulé autour du rotor conducteur du gyroscope, le même ruban CNT empilé avec du matériau piézo pour former une forme de rotor, et ruban CNT pulvérisé de piézo utilisé comme rotor.

La NASA recherche activement des licenciés pour commercialiser cette technologie. Veuillez contacter Sammy Nabors à cet email protégé ou au 256-544-5226 pour initier des discussions de licence. Suivez ce lien pour plus d'informations.