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En este artículo se presenta el diseño y simulación de una antena de parche con alimentación por microtira para aplicaciones biomédicas utilizando como substrato FR-4. La optimización de su respuesta se realiza parametrizando elementos, a partir de (1) una antena rectangular sencilla, (2) un arreglo de ranuras en la parte lateral derecha, (3) ranuras y cortes en las esquinas de la antena, (4) con los elementos de (3) y una muesca superior en el parche, obteniendo una evolución hasta obtener a (5) una antena en la que se integran a todos los elementos parametrizados. La variación de la respuesta de la antena rectangular parte del modelo (1) con fr=2.22 GHz, G=2.22 dB, S11=-22.81, BW=118.8 MHz, a 2.24 GHz, VSWR=1.25 dB y eficiencia de 0.085, al modelo (5) con fr=2.5 GHz, VSWR=1.35 dB, G=2.96 dB, S11=-22.16 dB, BW=69 MHz a 2.54 GHz y eficiencia de 0.47. Esto es, mejorando los parámetros relevantes de la antena, a la ganancia en un 34.54% y la eficiencia en 552.94%.

En este artículo se presenta el diseño, modelado, fabricación y pruebas de un cosechador de energía proveniente de vibraciones mecánicas, basado en un material piezoeléctrico. Este dispositivo trabaja bajo el principio de transducción piezoeléctrica, es decir que, al deformarse mecánicamente, debido a las vibraciones genera energía eléctrica. El material piezoeléctrico usado en la fabricación fue Zirconato Titanato de Plomo (PZT), y latón como base estructural. Además, se realizaron modelos de elemento finito para predecir la frecuencia del primer modo de vibración del dispositivo, y arreglos experimentales para su validación. La frecuencia de resonancia del modelo numérico y la obtenida experimentalmente (19 Hz) muestran una desviación de 5.03% respectivamente. La potencia generada es de 0.202 mW suficiente para alimentar dispositivos de bajo consumo, tales como calculadoras básicas, relojes de pulsera y transistores, entre otros.

This work focuses on a normally open bioinspired microgripper, which corresponds to the Microelectromechanical Systems (MEMS) field, as well as on its scaling and fabrication process in aluminum 6053 for performance testing. The design was inspired by the mandibles of ants. Its structure is composed of a flexible M-type amplifier and a Z-shaped chevron actuator. The design and simulation were performed using ANSYSTM. The aluminum resistivity and the equivalent resistance of the gripper were calculated, and experimental tests were carried out with an inductor (L), capacitor (C) and resistor (R) electrical property meter, LCR. Experimental characterization of the gripper was carried out, applying a sweep of electric current from 5 up to 60 A to the actuator. The temperature values were registered using a thermographic camera; the displacement was determined using a microscope. The average error between numerical and experimental results of the actuator shaft temperature is lower than 13%.

In several cases, it is desirable to have prototypes of low-cost fabrication and adequate performance. In academic laboratories and industries, miniature and microgrippers can be very useful for observations and the analysis of small objects. Piezoelectrically actuated microgrippers, commonly fabricated with aluminum, and with micrometer stroke or displacement, have been considered as Microelectromechanical Systems (MEMS). Recently, additive manufacture using several polymers has also been used for the fabrication of miniature grippers. This work focuses on the design of a piezoelectric-driven miniature gripper, additive manufactured with polylactic acid (PLA), which was modeled using a pseudo rigid body model (PRBM). It was also numerically and experimentally characterized with an acceptable level of approximation. The piezoelectric stack is composed of widely available buzzers. The aperture between the jaws allows it to hold objects with diameters lower than 500 μm, and weights lower than 1.4 g, such as the strands of some plants, salt grains, metal wires, etc. The novelty of this work is given by the miniature gripper’s simple design, as well as the low-cost of the materials and the fabrication process used. In addition, the initial aperture of the jaws can be adjusted, by adhering the metal tips in the required position.

Microgrippers are devices that have found applications in various fields of research and industry. They are driven by various actuation methods. In this article, an electrothermal rotary actuator recently proposed in the literature is explored to obtain a novel microgripper design (Model 1). In addition, the use of the rotary actuator as part of the chevron actuated microgrippers (Model 2) is also discussed. The theoretical analysis of the rotary actuator is supported by an equivalent U-shaped-like microactuator. The small error values validate the approximation used. Numerical modeling is performed with ANSYSTM (Student version 2022, ANSYS, PA, USA). A comparison of theoretical and numerical results provides acceptable error values. The total inter-jaw displacement values obtained for models 1 and 2 are 12.28 μm and 21.2 μm, respectively, and the reaction force is 8.96 μN and 34.2 μN, respectively. The performance parameters of both microgrippers could make their use feasible for different nanoapplications. Model 2 can be used when higher force and displacement are required.

Based on a V-shaped microactuator with a pair of beams, modifications were made to the length and width of a microactuator to observe the effects. A theoretical approach and numerical characterization of the modified microactuator were performed. Its performance was compared to a similar microactuator with equal beam widths, and a V-shaped microactuator. The proposed microactuator, fed at 2 V, compared to the V-shaped actuator, showed a 370.48% increase in force, but a 29.8% decrease in displacement. The equivalent von Mises stress level increased (until 74.2 MPa), but was below the silicon ultimate stress. When the modified microactuator was applied to the proposed microgripper, compared to the case using a V-shaped actuator, the displacement between the jaws increased from 0.85 µm to 4.85 µm, the force from 42.11 mN to 73.61 mN, and the natural frequency from 11.36 kHz to 37.99 kHz; although the temperature increased, on average, from 42 °C up to 73 °C, it is not a critical value for many microobjects. The maximum equivalent von Mises stress was equal to 68.65 MPa. Therefore, it has been demonstrated that the new modified microactuator with damping elements is useful for the proposed microgripper of novel geometry, while a reduced area is maintained.

This article documents the design, manufacture, and testing of a silicon inertial optical sensor for low-frequency (lower than 2 kHz) applications. Three accelerometer designs optimized by parameterization using Finite Element Analysis were considered. The accelerometers were manufactured and the one with the highest performance at low frequency was chosen for testing, which was attached to a steel package. The feasibility of using probes, based on micro-machined sensing elements, to measure mechanical vibrations with high resolution was also studied. The detection is performed with an air interferometer, eliminating the need for electric signals that are susceptible to electromagnetic interference and large temperature variations. From the fabrication technology using only a silicon wafer with both sides etched, the frequency response of the sensor, temperature operation (higher than 85 °C) and with a resolution of 17.5 nm, it was concluded that is achievable and feasible to design and manufacture an optical vibration sensor for potential harsh environments with a low cost.

Accelerometers measure the accelerations or vibrations experienced by objects due to inertial forces or mechanical excitations. The Microelectromechanical (MEM) Accelerometers have various applications, among others, in the industries, aeronautics, automotive, oil, construction, manufacturing of computer equipment and consumer electronics. These devices employ different techniques for their operation. The interest in this work focuses on capacitive accelerometers, seeking to improve their displacement sensitivity. In order to improve this parameter, it has generally been used: proof mass reduction, modification of the suspension beams, or, alternatively, by adding displacement amplifiers. In this work, after analyzing several configurations, two designs of beams based on Modified Compliant Crank-Slider Amplifiers are proposed. The improvement in displacement sensitivity, compared with that obtained with uniform beams, is in one case of 72.435% and in the other, of 125%. Simulations were performed with ANSYS.

This article presents the design and implementation of a micropositioning system actuated by three piezoelectric stacks to control its displacements on XYZ axes. The use of conventional piezoelectric buzzers allows us to reduce fabrication costs. The working or mobile platform is the base for objects that will be manipulated, for example, in automated assembling. The micropositioner can be integrated into a microgripper to generate a complete manipulation system. For micropositioner fabrication, at first, Polylactic Acid (PLA) was chosen as the structural material, but after simulation and some experimental tests performed with a micropositioner made of Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), it showed larger displacement (approx. 20%) due to its lower stiffness. A third test was performed with a positioner made with Polyethylene Terephthalate Glycol (PETG), obtaining an intermediate performance. The originality of this work resides in the geometrical arrangement based on thermoplastic polymer compliance mechanisms, as well as in the use of additive manufacturing to fabricate it. An experimental setup was developed to carry out experimental tests. ANSYS™ was used for simulation.

The design of a novel electrothermal microgripper device is shown, which is based on an improved chevron type actuator developed considering their elements parameterization, whose resistive model is also provided. The performance of the microgripper’s parameters, such as displacement, force, and temperature distribution, with convection for the voltage range from 0 up to 5 V, is evaluated through numerical and analytical simulation. Microgripper design was also improved with aid of parameterization. The effect on the microgripper performance due to its thickness is also analyzed, finding a considerable increment in force, when thickness increases. Its main advantage is given by the simplicity of the compliance arrangement of the microgrippers jaws. Considering convection, when 5 V are applied, 37.72 °C was generated at the jaw’s tips of the Improved Microgripper 2 (IMG2), implemented with silicon, this relatively low temperature increases its capabilities of application. When the IMG2 is implemented with polysilicon, its response is competitive comparing with a more complex microgripper, increase of displacement (50%) is shown, but a decrement of force (30%). The diameters allowed for the subjection objects are found between 84.64 µm and 108 µm, with weights lower than 612.2 µg. Some tests of subjection were performed using microcylinders of Au, glass ceramic, polycarbonate and carbon fiber, showing a permissible stress on them, considering its Young’s modulus, as well as the total reaction force induced. All simulations were done on Ansys software. The results demonstrate the feasibility of the future microgripper fabrication.

Microelectromechanical (MEM) Accelerometers measure the accelerations or vibrations experienced by objects due to inertial forces or mechanical excitations. To improve their proof mass displacement, several alternatives have been used, such as the design of different shapes of suspension beams. In this work, a new shape of beam is proposed based on alternated segments of different widths. To analyze its performance, one-quarter, middle and complete accelerometers were calculated and simulated; the results were compared with similar cases using conventional uniform-shaped beams. A notable improvement in the proof mass displacement was obtained in all cases, especially with the proposed symmetrical-shaped beam. Harmonic response and explicit dynamic analysis were also considered to discover performance when they are subjected to structural load. An improvement in amplitude displacement was also observed, as well as operation frequency reduction. From the explicit dynamic analysis, a faster performance of the accelerometer with uniform arms can be observed; however, it responds at a lower range of input velocities. A performance comparison of the proposed beam is presented considering the two reported accelerometers. Finally, from the variation in the width of the thinner segment of the symmetrical arms, it can be observed that it is possible to obtain an increment in the displacement of the proof mass of 39.57% and a decrement in natural frequency of 15.30%, with respect to the case of the uniform arm. Other advantages of the symmetric beam are the stress distribution, reducing its effect on the proof mass, as well as their low cross-axis sensitivity. Simulations were performed with ANSYS.

En este artículo se presenta el diseño e implementación de un prototipo para detectar tremores manuales de naturaleza convulsiva y ritmo cardíaco anormal. El prototipo utiliza un módulo de acelerómetro triaxial para la detección de tremores de naturaleza convulsiva, detectable de manera manual (tremor manual). Se realizó además, un módulo de detección de pulso para sensar el pulso cardíaco. Para el envío de alertas a teléfono celular, para cada una de los casos, se utiliza un módulo GSM (Global System of Mobile Communication), con el cual se envían los mensajes vía SMS (Short Message Service), a los contactos previamente determinados, médico o familiar. Además, se cuenta con una señal de alarma audible para alertar a las personas que se encuentren cercanas.

In this paper, a modified U-shaped micro-actuator with a compliant mechanism is proposed. It was analyzed with a uniform and modified thin arm, as well as a similar variation in the corresponding flexure, in order to observe the impact of the compliant lumped mechanism. The use of these compliant mechanisms implies an increment in the deformation and a reduction in the equivalent stress of 25% and 52.25%, respectively. This characterization was developed using the Finite Element Method (FEM) in ANSYS Workbench. The design, analysis and simulation were developed with Polysilicon. In this study, the following performance parameters were also analyzed: force and temperature distribution. This device is supplied with voltage from 0 V up to 3 V, at room temperature. The modified U-shaped actuator was applied in both arms of a microgripper, and to evaluate its electrothermal performance, a static structural analysis has been carried out in Ansys Workbench. The microgripper has an increment in deformation of 22.33%, an equivalent stress reduction of 50%, and a decrease in operation frequency of 10.8%. The force between its jaws is of 367 µN. This low level of force could be useful when sensitive particles are manipulated.

En este trabajo se compara el rendimiento de una antena de parche rectangular realizada sobre planos de tierra rectangular y circular, respectivamente. Se observa una mayor ganancia para el caso circular pero un menor ancho de banda. La comparación se llevó a cabo también cuando a los planos de tierra se agregaron defectos. Como resultado, se observaron cambios en las ganancias, el parámetro S11 y los anchos de banda. Para la antena rectangular sobre substrato rectangular con Defectos en el Substrato (DGS, por sus siglas en inglés) la principal mejora observada fue sobre el parámetro S11. Para el caso del plano de tierra (o substrato) circular, el ancho de banda muestra un incremento de 113.59% comparado con el caso sin defectos. Las antenas fueron simuladas utilizando el software FEKO.

En este artículo se presenta el análisis y diseño de una estructura chevron MEM con reguladores de movimiento, actuada por calor. La estructura se analizó considerando diferentes ángulos de inclinación, número de brazos y formas de reguladores de movimiento, con la intención de obtener un mayor desplazamiento de la flecha. Los diseños se realizaron en Autodesk Inventor y las simulaciones en Ansys Workbench 15.0. Se presentan, además, comparaciones del desempeño de la estructura con respecto al chevron convencional.

The design of nanometric electronic devices requires novel materials for improving their electrical performance from stages of design until their fabrication. Until now, several DC electrical conductivity models for composite materials have been proposed. However, these models must be valued to identify main design parameters that more efficiently control the electrical properties of the materials to be developed. In this paper, four different models used for modeling DC electrical conductivity of carbon nanotube-polymer composites are studied with the aim of obtaining a complete list of design parameters that allow guarantying to the designer an increase in electrical properties of the composite by means of carbon nanotubes.

We describe the design and experimental characterization of two optimized thermal actuators devised to operate by means of scavenging heat from the environment. Different from the traditional MEMS thermal actuator that relies on electric current to generate heat by Joule effect, the devices presented here are optimized to absorb external heat and convert it into mechanical displacement and force. The behavior of vertical and horizontal microactuators fabricated in a standard surface micromachining process (PolyMUMPs, Research Triangle Park, North Carolina) demonstrates the viability of exploiting heat from the surrounding medium to realize batteryless microsystems. Analytical and finite element models are provided in support of the design. Results show that fairly large and useful displacements can be achieved at commonly available operating temperatures. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

En este trabajo se diseñó e implementó un arreglo de antenas con acoplamiento por microtira, con base en dos antenas rectangulares con cortes en las esquinas, diseñadas para operar a 2.4 GHz y a 5.8 GHz, dos rangos de frecuencia considerados entre los principales para aplicaciones de red de área local (LAN). De acuerdo con los resultados obtenidos en las simulaciones, la ganancia obtenida a 2.4 GHz es conveniente para interiores. En las pruebas prácticas se mostró que la influencia de la arquitectura, así como la posición de las antenas, es determinante en la recepción de la señal. Al comparar el desempeño de los prototipos con el de la antena comercial del ruteador utilizado, se obtuvieron mejoras en la recepción en la mayoría de los lugares analizados en el edificio de CIICAp. Además, el arreglo fue probado como antena de reemplazo en un teléfono inalámbrico, logrando un alcance de hasta 70 m en línea de mira. Las tolerancias del proceso de fabricación producen pequeños desfasamientos en las frecuencias de resonancia, mismos que pueden apreciarse en las pruebas de transmisión-recepción.

El propósito de este artículo es determinar las tendencias de comercialización del conocimiento por parte de investigadores de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), a través de patentes y actividades de emprendimiento. Estudiamos al segmento de profesores-investigadores, en su mayoría, miembros del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), que han solicitado patentes con la ayuda de la Oficina de Transferencia de Conocimiento de esta institución (OTC-UAEM), así como las motivaciones y restricciones hacia la protección de la Propiedad Intelectual, a través de entrevistas a profundidad semiestructuradas. La originalidad de este trabajo radica en obtener una amplia visión de las opiniones de la comunidad académica sobre la tercera misión de la Universidad, específicamente, sobre el patentamiento y la comercialización de sus invenciones. También se presenta información sobre el desarrollo de la Transferencia de Tecnología en el contexto de una universidad pública, que ya se destaca en estas actividades a nivel nacional, así como su interés en la transformación hacia una institución más congruente con el entorno actual, buscando transferir el conocimiento que genera en beneficio de la sociedad. Sin embargo, el impacto de las políticas e incentivos nacionales, en materia de PI, aunado a la escasa comercialización de resultados, ha implicado una reducción en el interés de los entrevistados sobre continuar solicitando el registro de patentes. Por otro lado, el emprendimiento realizado por investigadores, en su mayoría, también miembros del SNI, y sus estudiantes, representa una actividad sobresaliente.

En este trabajo se reporta el diseño de un sistema de medición de áreas geométricas, el cual sirve como base para la medición del área de heridas crónicas en pacientes, con la finalidad de dar seguimiento a su evolución de manera no invasiva. El sistema se desarrolló en principio en Matlab, y posteriormente se migró una primera parte a un FPGA. Se utilizó el Método de Canny, erosión y dilatación

En este trabajo se diseñan e implementan dos arreglos de antenas con acoplamiento mixto (capacitivo y por microtira), en base a una antena rectangular con cortes en sus esquinas diseñada para 2.4 GHz. En uno de los arreglos se implementan cortocircuitos en los parches parásitos. De los resultados de la simulación, se observa que en el arreglo con cortocircuitos se incrementa el valor de la ganancia, mientras que en la otra antena se tiene un patrón de radiación más disperso. En las pruebas prácticas, se muestra claramente que la influencia de la distribución arquitectónica del edificio de CIICAp es determinante en la recepción de la señal de Wi-Fi, así como de la posición en la que se colocan las antenas. De estas pruebas puede concluirse que la antena con cortocircuitos muestra un desempeño ligeramente mayor. Comparando el desempeño de los prototipos con respecto a la antena comercial del ruteador utilizado, se obtienen mejoras en la recepción en la mayoría de lugares analizados en el edificio de CIICAp utilizando a los arreglos de antenas con cortocircuitos.

La comunicación inalámbrica, mejor conocida como Wi-Fi (Wireless Fidelity), adquiere interés ya que no requiere del uso de cables, los cuales son engorrosos y limitan el espacio libre. Este tipo de comunicación es ampliamente utilizado en equipos electrónicos, principalmente en el hogar y la industria. Las antenas de parche, que usan algunos de estos equipos, son muy populares debido a sus características. El objetivo de este trabajo es obtener un prototipo de antena de parche eficiente y económico para su uso en interiores y exteriores. En principio, se presenta el prototipo de una antena de parche rectangular diseñada para Wi-Fi con polarización lineal. Después, se realizan sobre ella cortes y ranuras, para mejorar su ganancia. Las pruebas realizadas con la antena individual con cuatro cortes muestra la factibilidad de su uso para interiores. Posteriormente, se diseña un arreglo de antenas de parche en base a la antena individual de cuatro cortes, con la finalidad de obtener un prototipo mejorado. Las pruebas demuestran un buen desempeño del arreglo de antenas propuesto, para su uso en interiores y exteriores, como se esperaba.

La antena pentagonal se diseña considerando su equivalencia en área a una antena de parche circular para la frecuencia de operación de GPS (Sistema de Posicionamiento Global, por sus siglas en inglés). La antena circular fue diseñada utilizando una simple ecuación de diseño, la cual requiere solamente de conocer la longitud de onda de grupo, la permitividad efectiva y la frecuencia de operación. Esta simple ecuación se recomienda para FR-4, para 1.57 GHz, entre otras frecuencias. Las simulaciones se realizan utilizando FEKO, un software basado en el Método de los Momentos (MoM). El bajo costo de la antena se basa en el material usado como substrato. El interés en la geometría pentagonal se debe a su relación con la razón dorada, un concepto matemático muy útil en ingeniería.