Revoluční ultrazvuková technologie: Výzkumníci z Chemnitzu nastavují nové standardy!

Revoluční ultrazvuková technologie: Výzkumníci z Chemnitzu nastavují nové standardy!

Vědci z Centra pro mikro- a nanotechnologie (ZfM) na Technologické univerzitě Chemnitz pracují na převratné technologické platformě pro piezoelektrické mikromechanické ultrazvukové měniče, lépe známé jako PMUT. V úzké spolupráci s Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS vyvinuli inovativní řešení, které si klade za cíl výrazně rozšířit aplikační oblasti ultrazvukových technologií. PMUT jsou obzvláště univerzální a jsou vhodné pro neinvazivní ultrazvukové zobrazování, optoakustiku v lékařské technice a analýzu materiálů v lehkých konstrukcích.

Tyto nejmodernější konvertory jsou vyráběny pomocí specializovaných mikro a nanotechnologií. Pozoruhodné je zejména strukturování křemíkových mikromembrán, které jsou opatřeny piezoelektrickými tenkými vrstvami z nitridu hliníku a nitridu skandia hliníku. Tato technologie podporuje udržitelnou a na zdroje efektivní výrobu, která je dnes stále důležitější.

Technické výhody a oblasti použití

PMUT se vyznačují malými rozměry a vysokou integrační schopností, díky čemuž jsou lepší než konvenční velkoobjemové konvertory. Vyžadují také pouze nízké elektrické napětí pro buzení, což je činí všestrannými při jejich použití. Akustické signály, které PMUT vysílají, umožňují přesné mapování prostředí, což je zvláště důležité v oblastech lékařské techniky a endoskopických aplikací in vivo a také v ultrazvukových radarových systémech. Nízká spotřeba energie a možnost jejich integrace do stávajících procesních linek MICROS činí z PMUT atraktivní technologii pro malé a střední podniky.

Klíčovým rysem PMUT je, jak fungují: elektrické napětí tvaruje struktury převodníku a vytváří oscilaci, která zase vydává akustický signál. Tento signál se odráží od zkoumané struktury a vrací se do PMUT, kde vytváří další kmitání, čímž generuje signál senzoru.

Inovace a výzkum

Významného pokroku ve výzkumu bylo dosaženo, když byl v roce 2024 zveřejněn patent na adaptivní výrobu PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Tento patent umožňuje nákladově efektivní úpravy, které jsou výhodné zejména pro malé a střední podniky. Kvalitu a dopad výzkumu dokládá skutečnost, že výsledky byly publikovány v renomované studii v časopise Nature, což znamená, že ZfM i Fraunhofer ENAS jsou uvedeny na mapě světa „PMUT Global Hotspots“.

Dr. Chris Stöckel, manažer výzkumného pole ZfM, se intenzivně věnoval technologii PMUT ve své habilitační práci, kterou obhájil 4. února 2025. Tyto nové mikrosystémy budou aktivně integrovány do každodenní výuky a výzkumu s cílem podpořit kvalifikaci specialistů pro technologie budoucnosti. Příležitosti, které PMUT nabízejí, představují nejen technologický pokrok, ale také významnou podporu mezioborového vzdělávání.

Souhrnně lze říci, že vývoj v oblasti piezoelektrických ultrazvukových měničů Technologické univerzity Chemnitz a Fraunhoferova institutu pro elektronické nanosystémy ENAS má potenciál umožnit významný pokrok v široké škále aplikací. Z této převratné technologie by mohla významně těžit celá řada průmyslových odvětví.

Pro další informace prosím navštivte webové stránky společnosti Technická univerzita Chemnitz a Fraunhofer ENAS.