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Como funciona o acelerômetro de um celular

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Os aparelhos celulares e os tablets mais modernos mostram uma imagem quando estão em pé e outa quando estão na horizontal. Como eles fazem isso? Através de chips equipados com acelerômetros. Veja como eles funcionam e como são fabricados.


O vídeo a abaixo mostra essas informações e possui legendas em português. Caso não consiga vê-las, as legendas estão transcritas a seguir.



Creio que este é um dos recursos mais legais dos smartphones de hoje. Ele sabe a hora de mostrar a imagem horizontalmente ou verticalmente.
Construir um chip dentro do circuito é uma simples forma de detectar mudanças na orientação e dizer a tela para onde rodar.
Deixe-me mostrar como é em um iPhone antigo. Aqui está: Isto é um acelerômetro.


Eu vou te dizer como esse tipo de chip funciona e como ele é feito, mas, primeiro, algumas noções básicas de acelerômetros.
Eles têm duas partes fundamentais: Um tubo anexado ao objeto cuja aceleração queremos medir e um peso que, embora amarrado ao tubo, ainda pode se mover.
Aqui há uma mola com uma bola de metal pesado.
Se você movimentar o tubo a bola ficará para trás alongando a mola.
Se medirmos o quanto que a mola se estende pode-se calcular a força da gravidade.
Você pode facilmente ver que três delas podem determinar a orientação de um objeto tridimensional(3D).
Enquanto estava com o eixo z perpendicular à gravidade só a bola sobre a mola eixo x, mostra extensão.
Transforme isso em lado de modo que ponto eixo z se estenda e somente o acelerômetro ao longo da mola dos trechos do eixo se estique.
Então, como neste telefone, isso muda medindo a gravidade nos chips.
Embora mais complexa do que a simples bola e modelo de mola ele tem os mesmos elementos fundamentais.
Dentro do chip engenheiros criaram um pequeno acelerômetro de silício.
Tem, naturalmente, uma caixa, que está fixado ao telefone e um "pente" que tem movimentos de ida e volta.
Essa é a massa sísmica (Seismic Mass) equivalente à bola.
A mola neste caso é a flexibilidade de como o silício  é amarrado à caixa.
É evidente que se conseguíssemos medir o movimento da parte central poderíamos detectar mudanças na orientação.
Para ver como isso é feito examinar três dos dedos sobre o acelerômetro.
Os três dedos formam um capacitor diferencial.
Isso significa que, se ocorrer movimentos no parte central da corrente, irá fluir.
Engenheiros correlacionar a quantidade de corrente que flui para a aceleração.
Este acelerômetro me fascina, mas ainda mais surpreendente é como eles fazem uma coisa dessas.
Parece quase impossível fazer um aparelho tão surpreendente quanto o acelerômetro pequeno smartphone.
Com apenas 500 mícrons de diâmetro somente ferramentas minúsculas poderiam criar uma coisa dessas.
Em vez disso, os engenheiros utilizam algumas propriedades químicas únicas do silício para criar os dedos do acelerômetro em forma de H.
Para se ter uma idéia de como eles fazem isso deixe-me mostrar-lhe como fazer uma viga em balanço único como um trampolim em um pedaço sólido de silício.
Empiricamente, os engenheiros perceberam que se despejarmos hidróxido de potássio sobre uma superfície específica de silício cristalino ele iria corroer o silício até formar um buraco em forma piramidal.
Isto ocorre devido à estrutura de cristal única do silício.


Para fazer um furo piramidal em silício os engenheiros cobriram tudo, mas um pequeno quadrado com uma máscara é impermeável ao KOH.
Agora, ele só grava dentro da forma quadrada isolada pela máscara.
O KOH dissolve silício mais rápido na vertical do que na direção horizontal.
Isso porque faz um furo piramidal.
Agora, para fazer uma viga em balanço engenheiros seguiram estes passos.
Em primeiro lugar, mascarar a superfície exceto em uma parte que será em forma de U.

No início, o KOH irá cortar duas pirâmides inversas lado a lado.

À medida que o condicionamento continua, a KOH começa a dissolvero silício entre estes furos.
Se molharmos em apenas um ponto afastado à direita antes de dissolver o silício logo abaixo da máscara ele vai deixar uma pequena viga pendurada sobre um buraco com um fundo quadrado.
Engenheiros fazem acelerômetro dos smartphones usando os mesmos métodos mas como você pode imaginar que é preciso uma série de máscaras detalhadas para criar a estrutura de um acelerômetro do smartphone.
Embora complexo, um ponto-chave é que todo o processo pode ser automatizado.
Isso é absolutamente essencial para a miniaturização da tecnologia. Os engenheiros agora fazem todos os tipos de coisas incríveis nessa escala minúscula: microturbinas com engrenagens que giram 300.000 vezes por minuto, bicos de jato de tinta, e meu favorito, microespelhos que utilizam foco de luz em lasers semicondutores.
Eu sou Bill Hammack, o Engenheiro.
Este vídeo é baseado em um capítulo do livro "Oito Incríveis Histórias da Engenharia".
[Via BBA]

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Brasil Acadêmico: Como funciona o acelerômetro de um celular
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