Hochpräzises Kräftemessen im Nanobereich
Kraftsensoren können üblicherweise nur Kräfte in einer Richtung messen. Wer aber mit einem chirurgischen Roboter durch das Gehirn eines Patienten manövriert, oder einen Roboter mit empfindlichen Objekten hantieren lassen will und ihn dafür mit hochsensiblem Fingerspitzengefühl ausstattet, der braucht Sensoren, die Kräfte in unterschiedliche Richtungen messen können. Am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien fanden Forscher dafür einen neuen Zugang. Ihre Entwicklung heißt „PikoSens“ und ist nur einen Zehntelmillimeter „groß“.
TU Wien
PikoSens der TU Wien
Verbiegungen im Nanobereich messbar
Forscher um Alexander Dabsch entwickelten einen Chip mit quadratischem Rahmen. Dieser kann durch Krafteinwirkung von außen leicht verbogen werden, was im Inneren des Aufbaus zu Veränderungen führt. Denn dort befindet sich eine Struktur aus dünnen gekreuzten Siliziumdrähten. Diese Silizium-Fäden lassen die Forscher gezielt vibrieren. „Wir können diese Vibrationen gezielt anregen, indem wir ein äußeres Magnetfeld anlegen und dann Strom durch die Struktur fließen lassen. Dabei entsteht eine Kraft, die Schwingungen auslöst“, sagte Dabsch.
Verbiegt eine einwirkende Kraft von außen nun diese Struktur, ändert sich die Schwingungsfrequenz der Drähte. Das funktioniert ähnlich wie bei einer Gitarre: Ändert man die Spannung der Seite, ändert sich auch der Ton. „Die Schwingungsfrequenz lässt sich auf wenige Hertz genau messen, das ermöglicht uns, die Verbiegungen am Chip mit einer Präzision im Nanometerbereich anzugeben“, so der Forscher. So kann mit Hilfe des Sensor-Chips Ausmaß und Richtung der wirkenden Kräfte genau gemessen werden.
„PikoSens“ in Rasterkraft-Mikroskopen
Ihre Innovation namens „PikoSens“ stellten sie im Fachblatt „Journal of Micromechanics and Microengineering“ vor. Auch zum Patent wurde der Mini-Sensor bereits angemeldet. Die PRIZE Prototypenförderung des Wissenschaftsministeriums unterstützte das Projekt. Das Programm ermöglicht die Umsetzung von Ideen aus der akademischen Forschung in markttaugliche Prototypen.
Die neue Messtechnik bietet vielfältige Anwendungsmethoden: „Nachdem unser Sensor extrem kompakt ist, liegt es nahe, über einen Einsatz in Rasterkraftmikroskopen nachzudenken“, sagte Dabsch. Denkbar ist aber zum Beispiel auch der Einsatz zur Überwachung mechanischer Verbiegungen in Bauwerken.
Kongress zu chemischen Sensoren an Uni Wien
Um Messtechnik, freilich anderer Natur, geht es beim "International Meeting on Chemical Sensors (IMCS 2018) an der Uni Wien. Die weltgrößte Konferenz im Bereich der chemischen Sensorik findet von 15. bis 19. Juli statt. Das Fach-Treffen spannt einen weiten inhaltlichen Bogen von der medizinischen Diagnostik und Umweltanalytik, über Lebensmittelsicherheit und Sicherheitstechnologien bis zur Raumluftüberwachung.
Der Bereich „entwickelt sich sehr dynamisch, weil das Messen außerhalb von Analyselabors zunehmend Bedeutung erlangt“, heißt es dazu seitens des Organisators der Konferenz an der Fakultät für Chemie, Peter Lieberzeit.