Odolné rozšiřovací senzory bez spotřeby energie

Tým mechIC vyvinul napěťové senzory, které nespotřebovávají žádný proud. Výroba probíhá v čisté místnosti. © RUB, Marquard

Protože struktury senzorů jsou malé, každá prachová částečka by je mohla narušit. Proto se výroba provádí v čistém prostředí. Tým nosí ochranné oblečení, aby zabránil znečištění vlasy a odumřelými buňkami kůže. © Andreas Soika

Pomocí metod z výroby mikročipů vyrábí tým mechIC senzory na křemíkových deskách, nazývaných wafery. © RUB, Marquard

Podrobný záznam senzoru mechIC, který funguje čistě mechanicky. © Harald Austenfeld

Tým mechIC zleva doprava: Philip Schmitt, Steffen Wittemeier, Lisa Schmitt a Henning Mays. © RUB, Marquard

Za svůj nápad na založení získává tým z Bochumu podporu ve výši 1,34 milionu eur v rámci programu EXIST. Jejich technologie by mohla přijít právě včas, aby vyřešila blížící se globální problém.

Pro monitorování bezpečnosti mostů, jeřábů, potrubí, větrných elektráren a mnoha dalších je třeba napínacích senzorů. Výzkumníci z Bochumu a Paderbornu vyvinuli zcela novou technologii pro tento účel. Na rozdíl od běžných systémů nespotřebovává žádnou energii a je téměř odolná vůči teplotám. Aby se senzory dostaly na trh, připravují Dr. Philip Schmitt, Dr. Lisa Schmitt a Henning Mays z katedry mikrosystémové techniky Ruhr-Universität Bochum společně se Steffenem Wittemeierem, dříve na Universität Paderborn, založení startupu „mechIC“, které je plánováno na rok 2025. Německé spolkové ministerstvo hospodářství a ochrany klimatu je při tom podporuje částkou 1,37 milionu eur v rámci programu EXIST-Forschungstransfer.

Projekt EXIST je součástí katedry mikrosystémové techniky v Bochumu, kterou vede Prof. Dr. Martin Hoffmann. Podpora začala 1. dubna 2024. Tým je dále podporován odstartovacím centrem WORLDFACTORY na Ruhr-Universität Bochum a inkubátorem Materials.

„Podle prognóz bude v roce 2040 potřeba více elektřiny na monitorování součástí, než kolik ji bude možné celosvětově vyrobit,“ zdůrazňuje Lisa Schmitt význam nových senzorů. „Aby bylo možné zajistit pokryté monitorování, je potřeba změna trendu.“

Systém funguje čistě mechanicky

Na rozdíl od běžných napínacích senzorů, které fungují elektricky, pracuje systém od mechIC – zkratka pro mechanické integrované obvody – mechanicky. Srdcem senzorů je silikonový čip, který dokáže zaznamenat napětí v nanometrovém rozsahu. Pokud se monitorovaný díl rozšíří, posune se struktura na čipu založená na ozubených kolech proti rámu. Čím větší je napětí, tím hlouběji v rámu se pohyblivý prvek zakotví. „Tímto způsobem můžeme mechanicky ukládat zaznamenané amplitudy napětí,“ vysvětluje Philip Schmitt.

Funkční princip vyvinul tým v rámci projektu „Výzkum pro novou mikroelektroniku: Nekonvenční pasivní bezdrátová senzoringová technologie pro energeticky nezávislé sledování otřesů a vibrací“, zkráceně UpFuse, který financovalo Německé spolkové ministerstvo vzdělávání a výzkumu na Ruhr-Universität Bochum a Universität Paderborn.

Dáta lze číst pomocí chytrého telefonu

Senzor mechIC umožňuje nepřetržité sledování dílů v reálném čase. Senzory lze buď nakonfigurovat tak, aby při překročení prahové hodnoty spustily alarm, nebo je lze podle potřeby přečíst. Za tímto účelem převádí mikromechanický analogově-digitální převodník mechanické napětí na elektrický signál. Energie pro měření a zpracování dat je získávána přímo z napětí a není nutné ji dodávat externě. Systém tak nevyžaduje žádné baterie. Data lze v nejjednodušším případě načíst pomocí aplikace na chytrém telefonu, která je navržena tak, aby ji uživatelé mohli snadno přizpůsobit svým potřebám.

Senzory mají přibližně pět krát pět milimetrů a mohou být použity pro různé aplikace. Vyrobeny jsou osvědčenými metodami z polovodičového průmyslu. Tým zakladatelů plánuje zahájit sériovou výrobu v roce 2026.