تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية الثورية: باحثو كيمنتس يضعون معايير جديدة!

تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية الثورية: باحثو كيمنتس يضعون معايير جديدة!

يعمل العلماء في مركز التقنيات الدقيقة والنانوية (ZfM) في جامعة كيمنتس للتكنولوجيا على منصة تكنولوجية رائدة لمحولات الطاقة فوق الصوتية الكهرضغطية الميكانيكية الدقيقة، والمعروفة باسم PMUTs. بالتعاون الوثيق مع معهد فراونهوفر للأنظمة النانوية الإلكترونية ENAS، قاموا بتطوير حل مبتكر يهدف إلى توسيع مجالات تطبيق تقنيات الموجات فوق الصوتية بشكل كبير. تعد أجهزة PMUT متعددة الاستخدامات بشكل خاص ومناسبة للتصوير بالموجات فوق الصوتية غير الغازية والصوتيات الضوئية في التكنولوجيا الطبية وتحليل المواد في البناء خفيف الوزن.

يتم تصنيع هذه المحولات الحديثة باستخدام التقنيات الدقيقة وتقنيات النانو المتخصصة. تجدر الإشارة بشكل خاص إلى هيكلة أغشية السيليكون الدقيقة، والتي يتم تزويدها بطبقات رقيقة كهرضغطية مصنوعة من نيتريد الألومنيوم ونيتريد سكانديوم الألومنيوم. وتعزز هذه التكنولوجيا الإنتاج المستدام الذي يتسم بالكفاءة في استخدام الموارد، وهو أمر ذو أهمية متزايدة اليوم.

المزايا التقنية ومجالات التطبيق

تتميز محولات PMUT بأبعادها الصغيرة وقدرة التكامل العالية، مما يجعلها متفوقة على المحولات السائبة التقليدية. كما أنها تتطلب فقط جهدًا كهربائيًا منخفضًا للإثارة، مما يجعلها متعددة الاستخدامات في تطبيقاتها. تتيح الإشارات الصوتية التي تبثها أجهزة PMUT رسم خرائط دقيقة للبيئة، وهو أمر مهم بشكل خاص في مجالات التكنولوجيا الطبية والتطبيقات داخل الجسم الحي بالمنظار وكذلك في أنظمة الرادار بالموجات فوق الصوتية. إن الاستهلاك المنخفض للطاقة والقدرة على دمجها في خطوط معالجة MICROS الحالية يجعل من PMUTs تقنية جذابة للشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم.

السمة الرئيسية لوحدات PMUT هي كيفية عملها: فالجهد الكهربائي يشكل هياكل محول الطاقة، مما يخلق تذبذبًا يصدر بدوره إشارة صوتية. تنعكس هذه الإشارة بواسطة الهيكل قيد التحقيق وتعاد إلى PMUT، حيث تخلق تذبذبًا آخر، وبالتالي تولد إشارة استشعار.

الابتكار والبحث

تم تحقيق تقدم كبير في البحث عندما تم نشر براءة اختراع للتصنيع التكيفي لـ PMUTs (DE 10 2023 111 777 A1) في عام 2024. تتيح براءة الاختراع هذه تعديلات فعالة من حيث التكلفة تفيد بشكل خاص الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم. تتجلى جودة البحث وتأثيره من خلال نشر النتائج في دراسة مشهورة في مجلة Nature، مما يعني أن كلا من ZfM وFraunhofer ENAS مدرجان في خريطة العالم "PMUT Global Hotspots".

كرّس الدكتور كريس ستوكيل، المدير الميداني للأبحاث في ZfM، اهتمامًا مكثفًا لتكنولوجيا PMUT في أطروحته التأهيلية، التي دافع عنها في 4 فبراير 2025. وسيتم دمج هذه الأنظمة الدقيقة الجديدة بشكل فعال في التدريس والبحث اليومي لدعم تأهيل المتخصصين لتقنيات المستقبل. الفرص التي تقدمها PMUTs لا تمثل التقدم التكنولوجي فحسب، بل تمثل أيضًا ترويجًا كبيرًا للتدريب متعدد التخصصات.

باختصار، يمكن القول أن التطورات في مجال محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية من قبل جامعة كيمنتس للتكنولوجيا ومعهد فراونهوفر للأنظمة النانوية الإلكترونية (ENAS) لديها القدرة على تحقيق تقدم كبير في مجموعة واسعة من التطبيقات. ويمكن لمجموعة متنوعة من الصناعات أن تستفيد بشكل كبير من هذه التكنولوجيا الرائدة.

لمزيد من المعلومات يرجى زيارة الموقع الإلكتروني ل جامعة كيمنتس للتكنولوجيا و فراونهوفر إيناس.