Tecnologia a ultrasuoni rivoluzionaria: i ricercatori di Chemnitz stabiliscono nuovi standard!

Tecnologia a ultrasuoni rivoluzionaria: i ricercatori di Chemnitz stabiliscono nuovi standard!

Gli scienziati del Centro per le micro e nanotecnologie (ZfM) dell'Università di tecnologia di Chemnitz stanno lavorando su una piattaforma tecnologica innovativa per trasduttori ultrasonici micromeccanici piezoelettrici, meglio noti come PMUT. In stretta collaborazione con l’Istituto Fraunhofer per i nanosistemi elettronici ENAS, hanno sviluppato una soluzione innovativa che mira ad espandere in modo significativo i campi di applicazione delle tecnologie a ultrasuoni. I PMUT sono particolarmente versatili e sono adatti per l'imaging ecografico non invasivo, l'optoacustica nella tecnologia medica e l'analisi dei materiali nelle costruzioni leggere.

Questi convertitori all'avanguardia sono prodotti utilizzando micro e nanotecnologie specializzate. Particolarmente degna di nota è la strutturazione di micromembrane di silicio, che sono dotate di strati sottili piezoelettrici costituiti da nitruro di alluminio e nitruro di alluminio scandio. Questa tecnologia promuove una produzione sostenibile ed efficiente sotto il profilo delle risorse, che oggi è sempre più importante.

Vantaggi tecnici e ambiti di applicazione

I PMUT sono caratterizzati da dimensioni ridotte ed elevata capacità di integrazione, che li rendono superiori ai convertitori di massa convenzionali. Inoltre richiedono solo basse tensioni elettriche per l'eccitazione, il che li rende versatili nella loro applicazione. I segnali acustici emessi dai PMUT consentono una mappatura precisa dell'ambiente, che è particolarmente importante nei settori della tecnologia medica e delle applicazioni endoscopiche in vivo, nonché nei sistemi radar a ultrasuoni. Il basso consumo energetico e la possibilità di integrarli nelle linee di processo MICROS esistenti rendono i PMUT una tecnologia interessante per le piccole e medie imprese.

Una caratteristica fondamentale dei PMUT è il modo in cui funzionano: la tensione elettrica modella le strutture del trasduttore, creando un'oscillazione che a sua volta emette un segnale acustico. Questo segnale viene riflesso dalla struttura indagata e restituito al PMUT, dove crea un'altra oscillazione, generando così un segnale del sensore.

Innovazione e ricerca

Un progresso significativo nella ricerca è stato ottenuto con la pubblicazione nel 2024 del brevetto per la produzione adattiva di PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Questo brevetto consente adeguamenti economicamente vantaggiosi, di cui beneficiano soprattutto le piccole e medie imprese. La qualità e l’impatto della ricerca sono dimostrati dal fatto che i risultati sono stati pubblicati in un rinomato studio sulla rivista Nature, il che significa che sia lo ZfM che il Fraunhofer ENAS sono elencati sulla mappa mondiale “PMUT Global Hotspots”.

Il Dr. Chris Stöckel, responsabile del settore ricerca della ZfM, nella sua tesi di abilitazione, che ha discusso il 4 febbraio 2025, ha dedicato molta attenzione alla tecnologia PMUT. Questi nuovi microsistemi saranno attivamente integrati nell'insegnamento e nella ricerca quotidiana per supportare la qualificazione di specialisti per le tecnologie del futuro. Le opportunità offerte dai PMUT rappresentano non solo un progresso tecnologico, ma anche una significativa promozione della formazione interdisciplinare.

In sintesi, si può affermare che gli sviluppi nel campo dei trasduttori ultrasonici piezoelettrici da parte dell’Università Tecnologica di Chemnitz e dell’Istituto Fraunhofer per i Nanosistemi Elettronici ENAS hanno il potenziale per consentire progressi significativi in ​​un’ampia varietà di applicazioni. Numerosi settori potrebbero trarre notevoli vantaggi da questa tecnologia innovativa.

Per ulteriori informazioni visitate il sito di Università della Tecnologia di Chemnitz E Fraunhofer ENAS.