Ausfallsichere nyúlásérzékelők áramfogyasztás nélkül

A mechIC csapata olyan nyúlásérzékelőket fejlesztett ki, amelyek nem fogyasztanak áramot. A gyártás tisztatérben történik. © RUB, Marquard

Mivel a szenzorok szerkezete apró, minden porszem zavart okozna. Ezért a gyártás tisztatérben történik. A csapat védőruhát visel, hogy elkerülje a szennyeződéseket hajszálakkal és hámszöveti részecskékkel. © Andreas Soika

A mechIC csapata módszerekkel szilíciumlapokra, úgynevezett waferekre gyártja a szenzorokat a mikrochip gyártásából származó módszerekkel. © RUB, Marquard

Egy részletes felvétel a mechIC-érzékelőről, amely kizárólag mechanikusan működik. © Harald Austenfeld

A mechIC-csapat balról jobbra: Philip Schmitt, Steffen Wittemeier, Lisa Schmitt és Henning Mays. © RUB, Marquard

Az alapötletért egy bochumi csapat 1,34 millió euró összegű EXIST-támogatást kap. Technikájuk éppen időben jöhet, hogy megoldjon egy világszerte kialakuló problémát.

Hidak, daruk, csövek, szélerőművek és sok más biztonságának felügyeletéhez nyúlásérzékelőkre van szükség. Egy teljesen új technológiát fejlesztettek ki bochumi és paderborni tudósok. Míg a hagyományos rendszerek áramot fogyasztanak, ez a technológia nem, és szinte hőmérséklet-érzéketlen. A szenzorok piacra kerüléséhez Dr. Philip Schmitt, Dr. Lisa Schmitt és Henning Mays a Ruhr-Universität Bochum Mikroszisztéma-technológiai tanszékéről, valamint Steffen Wittemeier, aki korábban a Paderborni Egyetemen dolgozott, közösen készítik elő a „mechIC” nevű startup alapítását, amelyet 2025-re terveznek. A Szövetségi Gazdasági és Klímatámogatási Minisztérium 1,37 millió euróval támogatja őket az EXIST-kutatási transzfer program keretében.

A projekt a Bochumi Mikroszisztéma-technológiai tanszéken zajlik, melyet Prof. Dr. Martin Hoffmann vezet. A támogatás 2024. április 1-jén indult. A csapatot továbbá a Ruhr-Universität Bochum WORLDFACTORY Startup Centerje és a Materials inkubátor támogatja.

„Előrejelzések szerint 2040-re több áramra lesz szükség a szerkezetek felügyeletéhez, mint amennyit világszerte képesek lesznek előállítani”, hangsúlyozza Lisa Schmitt az új szenzorok jelentőségét. „Ahhoz, hogy a teljes körű felügyeletet biztosítani tudjuk, fordulat szükséges.”

Rendszer kizárólag mechanikus működésű

Eltérően a hagyományos elektromos nyúlásérzékelőktől, a mechIC rendszer – röviden a mechanikus integrált áramkörökről – mechanikusan működik. A szenzorok központi eleme egy szilícium-chip, amely nanométeres tartományban érzékeli a nyúlásokat. Amikor a felügyelet alá vont alkatrész megnyúlik, a chipben lévő fogaskerékrendszer egy kerethez képest elmozdul. Minél nagyobb a nyúlás, annál mélyebben rögzül a mozgó elem a keretben. „Ezzel a módszerrel a nyúlási amplitúdókat mechanikusan tudjuk tárolni”, magyarázza Philip Schmitt.

A működési elvet a „Kutatás új mikroelektronikáért: Nem konvencionális passzív rádiófrekvenciás szenzorok az energiatakarékos rázkódás- és vibrációfelügyelethez” című projektben fejlesztették ki, röviden UpFuse, amit a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium támogatott a Ruhr-Universität Bochum és a Paderborni Egyetem részvételével.

Adatok okostelefonnal olvashatók

A mechIC szenzorral folyamatosan, valós időben lehet felügyelni az alkatrészeket. A szenzorokat úgy lehet konfigurálni, hogy egy küszöbérték túllépésekor riasztást adjanak, vagy szükség szerint kiolvashatók legyenek. Ehhez egy mikromechanikus analóg-digitális átalakító fordítja a mechanikus nyúlást elektromos jellé. A méréshez és az adatok feldolgozásához szükséges energia a nyúlásból származik, nem kell külső energiaforrás. A rendszer így nem igényel akkumulátort. Az adatok legegyszerűbben egy okostelefonos alkalmazáson keresztül olvashatók ki, amelyet úgy terveztek, hogy a felhasználók könnyen testre szabhassák saját igényeik szerint.

A szenzorok kb. öt milliméter x öt milliméter méretűek, és bármilyen alkalmazásban felhasználhatók. A gyártásukat a félvezetőiparban már bevált módszerekkel végzik. A csapat tervezi, hogy 2026-ban kezdik meg a sorozatgyártást.