«Наш интеллектуальный насос имеет площадь всего 25 квадратных миллиметров, что делает его самым маленьким насосом в мире. Тем не менее, он по-прежнему имеет высокую степень сжатия», — говорит д-р Мартин Рихтер, руководитель отдела систем микродозирования в Исследовательском институте микросистем и твердых тел им. Фраунгофера. Государственные технологии EMFT в Мюнхене.
Рихтер и его команда используют пьезоэлектрический эффект, который преобразует приложенное электрическое поле в механическую деформацию для создания давления в насосной камере. Изменение напряжения помогает перемещать силиконовую мембрану вверх или вниз, которая, в свою очередь, втягивает окружающий воздух через клапан и сжимает его в камере насоса перед тем, как вытеснить его.Использование уловок для увеличения давления
Обычные насосы с микродиафрагмой, работающие от пьезоэлектричества, создают с воздухом только относительно низкое давление; асимметрия пьезоэффекта означает, что в насосной камере требуется много места для перемещения мембраны. Это неизбежно приводит к большому мертвому объему, другими словами, большому объему остаточного газа внутри камеры.
Рихтер и его команда придумали способ уменьшить этот мертвый объем и увеличить всасывающую способность насоса. «Мы используем пьезоэффект специально для предварительной нагрузки на диафрагму при сборке пьезокерамики. Преимущество этого состоит в том, что нам больше не нужна глубокая насосная камера. Этот трюк позволяет нам не только создавать микронасосы с высокими степенями сжатия, но и делать их меньше по размеру ".
Не только диафрагма, но и откидные клапаны и камера насоса изготовлены из монокристаллического кремния, который имеет многочисленные преимущества по сравнению с металлами и пластмассами. Во-первых, металлоид, который также используется для изготовления солнечных элементов и компьютерных микросхем, податлив и не вызывает усталости. Во-вторых, отдельные компоненты насоса могут быть вытравлены из слоя кремния с высокой степенью точности и впоследствии соединены вместе.
Однако его недостатком является относительно высокая стоимость кремния, поэтому крайне важно сделать насос как можно меньшего размера. «Наша цель — уменьшить размер насоса до 10 квадратных миллиметров, чтобы сделать его массовое производство прибыльным. Мы на верном пути к достижению этого», — говорит Рихтер.
В настоящее время интеграция датчиков газа в смартфоны еще более затрудняется тем, что время реакции этих датчиков слишком велико. Умный насос сможет подавать воздух специально к датчикам газа, что сократит время реакции с нескольких минут до двух секунд. Они могут измерить не только концентрацию твердых частиц, но также, например, определить, является ли воздух в комнате спертым и нужно ли открывать окно для вентиляции. В принципе, он также может анализировать дыхание, например, для измерения содержания алкоголя. «Однако для этого требуется высокая степень точности измерения, которая еще не достигнута.
В противном случае кто-то может решить сесть за руль автомобиля, считая, что они измеряют всего 0,3 промилле, тогда как на самом деле они измеряют 0,9 промилле», — сказал Рихтер. предупреждает.Несколько приложенийМикронасос также можно использовать в медицине, например, в качестве медицинского пластыря для непрерывной доставки крошечных количеств гормона или болеутоляющего. Или в качестве имплантата, который помогает регулировать внутриглазное давление при лечении глаукомы.
Насос также мог подавать в машины точные дозы смазки. «Это приложение, которое мы в настоящее время разрабатываем с партнером из отрасли».В рамках программы финансирования Fraunhofer Discover, которая поддерживает нетрадиционные и оригинальные идеи, Рихтер и его команда также изучают дополнительное приложение: добавление информации о запахах в аудио- и видеофайлы. «Гарнитура, оснащенная нашим умным насосом, может доставлять точные дозы различных ароматов прямо к носу. Игровая индустрия уже выразила заинтересованность в этом».
Рихтер добавляет, что интеллектуальный насос должен быть интересной перспективой для всех, кто хочет подавать точные, крошечные дозы жидкостей или газов.Проект умного насоса финансируется Фондом будущего Фраунгофера, который направлен на укрепление инноваций и занятости в Германии путем лицензирования результатов исследований для компаний.
