La materia particulada daña el corazón y los pulmones. En el futuro, un teléfono inteligente con un sensor de gas incorporado podría usarse para advertir de una exposición intensa. Para ayudar al sensor a responder rápidamente y proporcionar mediciones precisas, los investigadores de Fraunhofer han desarrollado un poderoso micro diafragmabomba para suministrar aire ambiental al sensor.
"Nuestra bomba inteligente mide solo 25 milímetros cuadrados, por lo que es la bomba más pequeña del mundo. Dicho esto, todavía tiene una alta relación de compresión", dice el Dr. Martin Richter, jefe del departamento de sistemas de micro dosificación en la Institución de Investigación Fraunhofer para Microsistemasy Solid State Technologies EMFT en Munich.
Richter y su equipo usan el efecto piezoeléctrico, que convierte un campo eléctrico aplicado en tensión mecánica, para generar presión en la cámara de la bomba. Alternar el voltaje ayuda a mover la membrana de silicio hacia arriba o hacia abajo, que a su vez atrae el aire ambiente a través de unválvula y la comprime en la cámara de la bomba antes de expulsarla.
Usando trucos para aumentar la presión
Las bombas de micro diafragma convencionales alimentadas por piezoelectricidad generan solo una presión relativamente baja con aire; la asimetría del efecto piezoeléctrico significa que se necesita mucho espacio en la cámara de la bomba para mover la membrana. Esto inevitablemente resulta en un alto volumen muerto, en otrospalabras un alto volumen de gas residual dentro de la cámara. Richter y su equipo idearon un truco para reducir este volumen muerto y aumentar la capacidad de succión de la bomba ". Utilizamos el efecto piezo para precargar específicamente el diafragma cuando se ensambla la piezocerámica. La ventajade esto es que ya no necesitamos una cámara de bombeo profunda. Este truco nos permite no solo construir microbombas con altas relaciones de compresión, sino también hacerlas más pequeñas ".
No solo el diafragma, sino también las válvulas de aleta y la cámara de la bomba están hechas de silicio monocristalino, que ofrece numerosos beneficios sobre los metales y los plásticos. Por un lado, el metaloide, que también se usa para fabricar células solares y chips de computadora,es flexible y no se fatiga. Por otro lado, los componentes individuales de la bomba pueden grabarse de la capa de silicio con un alto grado de precisión y posteriormente unirse.
Sin embargo, su desventaja es el costo relativamente alto del silicio, por lo que es crucial hacer que la bomba sea lo más pequeña posible ". Nuestro objetivo es reducir el tamaño de la bomba a 10 milímetros cuadrados para que su producción en masa sea rentable"Estamos bien encaminados para lograr esto", dice Richter.
Actualmente, lo que hace que sea aún más difícil integrar sensores de gas en los teléfonos inteligentes es el hecho de que los tiempos de reacción para estos sensores son demasiado largos. La bomba inteligente podría suministrar aire específicamente a los sensores de gas, lo que reduciría la reaccióntiempo de varios minutos a solo dos segundos. Podrían medir no solo la concentración de partículas sino también, por ejemplo, si el aire en una habitación está rancio y si se debe abrir una ventana para ventilación. En principio, también podría analizar el aliento, por ejemplo, para medir su contenido de alcohol ". Sin embargo, esto requiere un alto grado de precisión de medición, que aún no se ha logrado. De lo contrario, alguien podría decidir ponerse al volante de un automóvil creyendo que miden solo 0.3 por mil, cuando ende hecho miden 0,9 por mil ", advierte Richter.
múltiples aplicaciones
La microbomba también podría usarse en medicina, por ejemplo, como un parche médico para administrar continuamente pequeñas cantidades de hormonas o analgésicos. O como un implante para ayudar a regular la presión dentro del ojo en el tratamiento del glaucoma. La bomba también podría suministrar a las máquinasdosis precisas de lubricante: "Esta es una aplicación que estamos desarrollando actualmente con un socio de la industria".
Como parte del programa de financiación Discover de Fraunhofer, que respalda ideas no convencionales y originales, Richter y su equipo también están buscando una aplicación adicional: agregar información de aroma a los archivos de audio y video ". Un auricular equipado con nuestra bomba inteligente podría suministrar dosis precisasde diferentes aromas cerca de la nariz. La industria del juego ya ha expresado su interés en esto ". Richter agrega que la bomba inteligente debería ser una perspectiva interesante para cualquiera que busque entregar pequeñas dosis precisas de líquidos o gases".
El proyecto de bomba inteligente está financiado por la Fundación Fraunhofer Future, cuyo objetivo es fortalecer la innovación y el empleo en Alemania mediante la concesión de licencias de resultados de investigación a las empresas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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