Modulo di scansione vettoriale MEMS con maggiore resistenza alle vibrazioni e agli urti per applicazioni spaziali

Gli scanner vettoriali del Fraunhofer IPMS sono ora adatti all'uso nello spazio.

Modulo di scansione vettoriale MEMS con sospensione ammortizzata per l'uso nello spazio. © Fraunhofer IPMS / Modulo di scansione vettoriale MEMS con sospensione ammortizzata per operare nello spazio. © Fraunhofer IPMS

Galvanoscanner hanno finora fornito servizi affidabili nella comunicazione ottica nello spazio o nell'osservazione della Terra tramite LIDAR. In futuro, tuttavia, questi sistemi potrebbero essere sostituiti da sistemi più piccoli e compatti con scanner MEMS. L'Istituto Fraunhofer per i Micro Sistemi Fotoni (IPMS) ha sviluppato, con partner nel progetto MiniLIDAR Scanmodule finanziato dal Ministero Federale dell'Economia e della Protezione Climatica (BMWK), moduli di scansione miniLIDAR che ora sono stati resi spazialmente resistenti. Questi verranno presentati per la prima volta alla LASER 2025, dal 24 al 27 giugno 2025, a Monaco (stand della comunità Fraunhofer, Stand n. 415, nella Hall A2).

In molte applicazioni nello spazio, sono necessari specchi vettoriali per deviare la luce laser: per il collegamento di veicoli spaziali alla stazione spaziale ( Rendezvous), nella navigazione di robot di servizio autonomi e veicoli a guida autonoma o nei piccoli satelliti per il tracciamento dinamico degli oggetti. Presso l'IPMS Fraunhofer, all'interno del progetto MiniLiDAR, è stato ora reso operativo un modulo di scansione vettoriale MEMS pronto per lo spazio.

Il modulo è costituito da un scanner vettoriale MEMS 2D integrato in modo ibrido, che funziona tramite un azionamento elettromagnetico. Ha uno specchio di dimensioni relativamente grandi, con un diametro di 5 mm, sospeso in modo cardanico. Ciò consente allo scanner di raggiungere grandi angoli di deviazione 2D quasi statici fino a ±13° (meccanicamente) attorno a un punto di pivot comune. Questo permette un ampio campo di scansione di 52° x 52° (campo visivo) con alta dinamica di posizionamento e risoluzione ottica, mentre il sistema ottico può essere progettato in modo semplice.

Il Dr. Thilo Sandner, responsabile del gruppo di Componenti e Sistemi Microottici Attivi presso l'IPMS Fraunhofer, è ottimista: «Il nuovo modulo di scansione può ora anche sopportare senza danni un lancio di razzi grazie al suo supporto ammortizzato. Grazie a un design ingegnoso, il modulo è molto più piccolo rispetto ai galvanometri tradizionali, risparmiando spazio nell'intero sistema ottico e consumando circa dieci volte meno energia, il che riduce anche i costi del sistema. Grazie alla sua struttura a stato solido (senza cuscinetti meccanici soggetti a attrito), è stabile nel tempo e privo di usura.»

Nel progetto MiniLiDAR, la Jena-Optronik GmbH, con la sua lunga esperienza nel settore spaziale, è coinvolta e responsabile del sistema completo LIDAR. Fraunhofer IPMS ha portato la sua competenza unica nel design di specchi e moduli MEMS fino alla montaggio microautomatizzato ad alta precisione nel progetto. È stato così possibile raggiungere la robustezza necessaria per una elevata resistenza a shock e vibrazioni.

Alcuni partner industriali e di progetto hanno già mostrato interesse nell'utilizzo di tali moduli. Oltre allo spazio, i moduli di scansione possono essere impiegati anche nella diagnostica medica e nella terapia laser oftalmica. Grazie a uno specchio più spesso, gli specchi sono adatti per rivestimenti dielettrici altamente riflettenti con elevata planarità, resistendo a potenze laser più elevate e a energie di impulso maggiori. Sono ora utilizzabili anche, ad esempio, nel marcatura laser. Inoltre, gli specchi di scansione possono svolgere un ruolo importante nella comunicazione ottica in spazio libero (FSO). I ricercatori sono entusiasti di ulteriori applicazioni interessanti, per le quali potranno ottimizzare i versatili specchi MEMS.