Revolučná ultrazvuková technológia: Výskumníci z Chemnitzu stanovujú nové štandardy!

Revolučná ultrazvuková technológia: Výskumníci z Chemnitzu stanovujú nové štandardy!

Vedci z Centra pre mikro- a nanotechnológie (ZfM) na Technickej univerzite Chemnitz pracujú na prelomovej technologickej platforme pre piezoelektrické mikromechanické ultrazvukové prevodníky, známejšie ako PMUT. V úzkej spolupráci s Fraunhoferovým inštitútom pre elektronické nanosystémy ENAS vyvinuli inovatívne riešenie, ktorého cieľom je výrazne rozšíriť aplikačné oblasti ultrazvukových technológií. PMUT sú obzvlášť všestranné a sú vhodné pre neinvazívne ultrazvukové zobrazovanie, optoakustiku v medicínskej technike a materiálovú analýzu v ľahkej konštrukcii.

Tieto najmodernejšie meniče sa vyrábajú pomocou špecializovaných mikro a nanotechnológií. Pozoruhodné je najmä štruktúrovanie kremíkových mikromembrán, ktoré sú opatrené piezoelektrickými tenkými vrstvami z nitridu hliníka a nitridu skandia hliníka. Táto technológia podporuje udržateľnú a zdrojovo efektívnu výrobu, ktorá je dnes čoraz dôležitejšia.

Technické výhody a oblasti použitia

PMUT sa vyznačujú malými rozmermi a vysokou integračnou schopnosťou, vďaka čomu sú lepšie ako konvenčné veľkoobjemové konvertory. Vyžadujú tiež len nízke elektrické napätie na budenie, čo z nich robí všestranné použitie. Akustické signály, ktoré PMUT vysielajú, umožňujú presné mapovanie prostredia, čo je obzvlášť dôležité v oblasti medicínskej techniky a endoskopických in-vivo aplikácií, ako aj v ultrazvukových radarových systémoch. Nízka spotreba energie a možnosť ich integrácie do existujúcich procesných liniek MICROS robia z PMUT atraktívnu technológiu pre malé a stredné podniky.

Kľúčovou vlastnosťou PMUT je spôsob ich fungovania: elektrické napätie tvaruje štruktúry prevodníka a vytvára osciláciu, ktorá zase vydáva akustický signál. Tento signál sa odráža skúmanou štruktúrou a vracia sa do PMUT, kde vytvára ďalšie kmitanie, čím generuje signál snímača.

Inovácie a výskum

Významný pokrok vo výskume sa dosiahol, keď bol v roku 2024 zverejnený patent na adaptívnu výrobu PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Tento patent umožňuje nákladovo efektívne úpravy, ktoré sú prospešné najmä pre malé a stredné podniky. Kvalitu a vplyv výskumu dokazuje skutočnosť, že výsledky boli publikované v renomovanej štúdii v časopise Nature, čo znamená, že ZfM aj Fraunhofer ENAS sú uvedené na svetovej mape „PMUT Global Hotspots“.

Dr. Chris Stöckel, manažér výskumnej oblasti ZfM, sa intenzívne venoval technológii PMUT vo svojej habilitačnej práci, ktorú obhájil 4. februára 2025. Tieto nové mikrosystémy budú aktívne integrované do každodennej výučby a výskumu s cieľom podporiť kvalifikáciu špecialistov pre technológie budúcnosti. Príležitosti, ktoré PMUT ponúkajú, predstavujú nielen technologický pokrok, ale aj významnú podporu interdisciplinárneho vzdelávania.

V súhrne možno povedať, že vývoj v oblasti piezoelektrických ultrazvukových meničov Technickej univerzity Chemnitz a Fraunhoferovho inštitútu pre elektronické nanosystémy ENAS má potenciál umožniť významný pokrok v širokej škále aplikácií. Z tejto prelomovej technológie by mohli výrazne profitovať rôzne priemyselné odvetvia.

Ďalšie informácie nájdete na webovej stránke spoločnosti Technická univerzita Chemnitz a Fraunhofer ENAS.