Επαναστατική τεχνολογία υπερήχων: Οι ερευνητές του Chemnitz θέτουν νέα πρότυπα!

Επαναστατική τεχνολογία υπερήχων: Οι ερευνητές του Chemnitz θέτουν νέα πρότυπα!

Επιστήμονες στο Κέντρο Μικρο-και Νανοτεχνολογιών (ZfM) στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz εργάζονται σε μια πρωτοποριακή τεχνολογική πλατφόρμα για πιεζοηλεκτρικούς μικρομηχανικούς υπερηχητικούς μετατροπείς, περισσότερο γνωστούς ως PMUTs. Σε στενή συνεργασία με το Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS, έχουν αναπτύξει μια καινοτόμο λύση που στοχεύει να επεκτείνει σημαντικά τους τομείς εφαρμογής των τεχνολογιών υπερήχων. Τα PMUT είναι ιδιαίτερα ευέλικτα και είναι κατάλληλα για μη επεμβατική απεικόνιση υπερήχων, οπτοακουστική στην ιατρική τεχνολογία και ανάλυση υλικών σε ελαφριά κατασκευή.

Αυτοί οι μετατροπείς τελευταίας τεχνολογίας κατασκευάζονται με χρήση εξειδικευμένων μικροτεχνολογιών και νανοτεχνολογιών. Ιδιαίτερα αξιοσημείωτη είναι η δόμηση μικρομεμβρανών πυριτίου, οι οποίες εφοδιάζονται με πιεζοηλεκτρικά λεπτά στρώματα από νιτρίδιο αλουμινίου και νιτρίδιο σκανδίου αλουμινίου. Αυτή η τεχνολογία προωθεί τη βιώσιμη και αποδοτική από πλευράς πόρων παραγωγή, η οποία είναι όλο και πιο σημαντική σήμερα.

Τεχνικά πλεονεκτήματα και τομείς εφαρμογής

Τα PMUT χαρακτηρίζονται από τις μικρές τους διαστάσεις και την υψηλή ικανότητα ενσωμάτωσης, καθιστώντας τα ανώτερα από τους συμβατικούς μετατροπείς χύδην. Απαιτούν επίσης μόνο χαμηλές ηλεκτρικές τάσεις για διέγερση, γεγονός που τα καθιστά ευέλικτα στην εφαρμογή τους. Τα ακουστικά σήματα που εκπέμπουν τα PMUT επιτρέπουν την ακριβή χαρτογράφηση του περιβάλλοντος, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική στους τομείς της ιατρικής τεχνολογίας και των ενδοσκοπικών εφαρμογών in vivo καθώς και στα συστήματα ραντάρ υπερήχων. Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η δυνατότητα ενσωμάτωσής τους σε υπάρχουσες γραμμές διεργασιών MICROS καθιστούν τα PMUT ελκυστική τεχνολογία για τις μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις.

Ένα βασικό χαρακτηριστικό των PMUT είναι ο τρόπος λειτουργίας τους: η ηλεκτρική τάση διαμορφώνει τις δομές του μορφοτροπέα, δημιουργώντας μια ταλάντωση που με τη σειρά του εκπέμπει ένα ακουστικό σήμα. Αυτό το σήμα αντανακλάται από την υπό διερεύνηση δομή και επιστρέφει στο PMUT, όπου δημιουργεί μια άλλη ταλάντωση, δημιουργώντας έτσι ένα σήμα αισθητήρα.

Καινοτομία και έρευνα

Σημαντική πρόοδος στην έρευνα επιτεύχθηκε όταν το 2024 δημοσιεύθηκε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την προσαρμοστική κατασκευή PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας επιτρέπει οικονομικές προσαρμογές που ωφελούν ιδιαίτερα τις μικρές και μεσαίες εταιρείες. Η ποιότητα και ο αντίκτυπος της έρευνας καταδεικνύεται από το γεγονός ότι τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σε μια διάσημη μελέτη στο περιοδικό Nature, πράγμα που σημαίνει ότι τόσο το ZfM όσο και το Fraunhofer ENAS περιλαμβάνονται στον παγκόσμιο χάρτη «PMUT Global Hotspots».

Ο Δρ. Chris Stöckel, ο διευθυντής πεδίου έρευνας του ZfM, αφιέρωσε εντατική προσοχή στην τεχνολογία PMUT στη διατριβή του για την εξυγίανση, την οποία υπερασπίστηκε στις 4 Φεβρουαρίου 2025. Αυτά τα νέα μικροσυστήματα θα ενσωματωθούν ενεργά στην καθημερινή διδασκαλία και έρευνα για να υποστηρίξουν τα προσόντα των ειδικών για τις τεχνολογίες του μέλλοντος. Οι ευκαιρίες που προσφέρουν τα PMUT όχι μόνο αντιπροσωπεύουν την τεχνολογική πρόοδο, αλλά και μια σημαντική προώθηση της διεπιστημονικής κατάρτισης.

Συνοπτικά, μπορεί να ειπωθεί ότι οι εξελίξεις στον τομέα των πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων υπερήχων από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Chemnitz και το Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS έχουν τη δυνατότητα να επιτρέψουν σημαντικές προόδους σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Μια ποικιλία βιομηχανιών θα μπορούσαν να επωφεληθούν σημαντικά από αυτή την πρωτοποριακή τεχνολογία.

Για περισσότερες πληροφορίες επισκεφθείτε την ιστοσελίδα της Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Chemnitz και Fraunhofer ΕΝΑΣ.