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Como es que un teléfono inteligente distingue entre arriba y abajo, La serie EngineerGuy No.4
Creo que esta es una de las características más interesantes en los teléfonos inteligentes hoy en día.
Distinguir entre arriba y abajo.
Construida dentro de sus circuitos existe un dispositivo muy pequeño que
detecta cambios en orientación y avisa a la pantalla que debe rotar.
Permítanme mostrarles como se ve en un viejo iPhone.
Aquí esta
Es un acelerómetro.
Les voy a explicar como es que este tipo de chip funciona y esta construido
pero primero, les daré un poco de información básica sobre acelerómetros.
Los acelerómetros cuentan con dos partes fundamentales
Una base o cubierta unida al objeto del que queremos medir la aceleración
y una masa, que aun estando unida a la base, puede moverse.
Aquí hay un resorte con una pesada bola de metal
Si nosotros movemos la base hacia arriba, la bola se queda atrás
estriando el resorte.
Si medimos la distancia que el resorte se estira
podemos calcular la fuerza de gravedad.
Podemos ver fácilmente que tres de estos dispositivos podrían determinar
la orientación de un objeto tridimensional.
Si el objeto se encuentra acostado sobre el eje Z, perpendicular a la gravedad
la bola en el eje X muestra extensión.
Rotamos el objeto para que el eje Z apunte hacia arriba y solo
el acelerómetro en dirección del resorte de este eje se estira.
Entonces, como es que el teléfono y este chip miden los cambios en gravedad.
De una manera mas compleja que una simple bola y un resorte
pero tiene los mismos elementos fundamentales.
Dentro del chip los ingenieros crearon un pequeño acelerómetro hecho de silicio.
Cuenta, por supuesto, con una base que esta unida al teléfono
y una sección parecida a un \"peine\" que se mueve adelante y atrás.
Esta es la masa sismica, equivalente a la bola.
El resorte en este caso es la flexibilidad del
delgado silicio unido a la base.
Claramente, si nosotros medimos el movimiento en esta sección central
podemos detectar cambios de orientación.
Para entender como se realiza esto, examinaremos las tres cerdas en el acelerómetro.
las tres cerdas forman un capacitor diferencial.
Significa que si la sección central se mueve existirá un flujo de corriente.
Los ingenieros relacionan la cantidad de flujo de corriente con la aceleración.
Este acelerómetro me fascina.
Pero mas fascinante aun es su proceso de fabricación.
Podría parecer imposible fabricar un dispositivo tan complicado
como un pequeño acelerómetro de un teléfono inteligente.
Con únicamente 500 micras de ancho, ninguna herramienta en miniatura podría fabricarlo.
En su lugar, los ingenieros usan algunas propiedades únicas del
silicio para grabar las cerdas del acelerómetro y la sección en forma de H.
Para tener una idea de como lo hacen
déjenme mostrarles como se fabrica una viga simple en voladizo
como un trampolín para clavados
en un pedazo de silicio.
Empíricamente, los ingenieros se dieron cuenta que si vertían hidróxido de potasio
en una particular superficie de silicio
podría disolver el silicio hasta formar un agujero con forma piramidal.
esto ocurre por la estructura única del silicio.
Para hacer un agujero en forma de pirámide, los ingenieros cubren todo
con una mascara impermeable al KOH, menos un pequeño cuadro.
Ahora, el KOH sólo graba dentro de la forma cuadrada acordonada por la máscara.
El KOH disuelve el silicio mas rápido en la dirección vertical
que en la horizontal.
Es por eso que hace un agujero piramidal.
Ahora, para realizar una viga en voladizo los ingenieros siguen los siguientes pasos.
Primero, enmascaran la superficie excepto por una sección en forma de U.
Al inicio el KOH cortara dos pirámides inversas lado a lado.
conforme el grabado continua el KOH comienza a disolver
el silicio entre los agujeros.
Si lavamos el KOH justo en el momento apropiado
antes que disuelva el silicio debajo de la mascara
dejara colgando una pequeña viga en voladizo con un agujero cuadrado en el fondo.
Los ingenieros fabrican los acelerómetros del teléfono usando los mismos métodos
Pero como puedes imaginar es necesario una serie mas detallada de mascaras
para crear la intrincada estructura del acelerómetro del teléfono.
Aun siendo complejo, el punto es que todo el proceso puede ser automatizado.
Esto es esencial en absoluto para la miniaturización de la tecnología
los ingenieros hoy en día realizan todo tipo de cosas increíbles a esta pequeña escala
micro-motores con engranes que giran a 300,000 rev por minuto
Boquillas en las impresoras de inyección de tinta, y mi favorito
micro-espejos que enfocan luz en los láseres semiconductores.
Soy Bill Hammack, el Ingeniero.
Este vídeo esta basado en un capitulo del libro
Ocho historias increíbles sobre ingeniería
Los capítulos cuenta con más información sobre este tema.