Фраунгофера покажет высоту

Из-за высокого спроса на датчики в самых разных областях применения существуют очень разные требования к их функциональности и профилю производительности. Следовательно, основной целью исследовательской работы Fraunhofer IPMS является разработка индивидуальных и специализированных датчиков и сенсорных систем. При этом существующие продукты расширяются, а новые приложения становятся возможными благодаря использованию инновационных технологий, компонентов и систем. Они характеризуются более высокой точностью, меньшими размерами, большей энергоэффективностью и дополнительными функциями по сравнению со стандартными датчиками. Спектр услуг простирается от разработки концепции и прототипа до опытного производства в собственных лабораториях и чистых помещениях института — от компонентов до законченных систем. Сочетание искусственного интеллекта (программного обеспечения ИИ) также позволяет разрабатывать полноценные «интеллектуальные» системы.

Ниже подробно описаны новейшие разработки в области оптических, химических и ультразвуковых сенсорных технологий от Fraunhofer IPMS, представленные на выставке SENSOR+TEST в Нюрнберге в мае 2023 года.

Изображение выше: Ультразвуковой датчик Fraunhofer IPMS. Авторские права: © Фраунгофера ИПМС.

Fraunhofer IPMS предлагает инновационные компактные и сверхкомпактные системы спектрального анализа в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR). Кроме того, институт впервые представляет демонстратор, который использует спектральный анализ для определения состава текстиля. Область применения открывает многочисленные возможности по всей цепочке создания стоимости. Таким образом, материалы могут быть проверены покупателем во время покупки. В области ухода необходимость очистки можно определить путем анализа частиц грязи, а подходящую программу стирки можно определить на основе цвета и материала. В частности, в контексте Ambient Assisted Living возможны разнообразные области применения. Систему также можно использовать при переработке текстиля для сортировки текстиля по цвету и материалу.

Другие области применения систем спектрального анализа Fraunhofer IPMS включают тестирование свежести пищевых продуктов, сортировку пластиковых предметов во время переработки или определение типа и концентрации сырья в фармацевтических препаратах. В процессе проектирования системы можно гибко адаптировать к различным спектральным диапазонам.

За счет сочетания «одноточечной» спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона с простой визуализацией RGB достигается максимальное определение информации, что позволяет подключаться к интеллектуальным системам с программным обеспечением искусственного интеллекта. Планируется постоянное развитие системы. В этом контексте нацелен на более широкий спектральный диапазон в УФ-диапазоне, чтобы сделать видимыми такие загрязнения, как плесень и бактерии.

В области химических сенсоров ученые Fraunhofer IPMS представляют электрохимический аналитический чип, который с микроэлектродами из золота, серебра или платины позволяет выполнять многочисленные процедуры электрохимического анализа с наименьшими аналитическими объемами. Областями применения являются, например, разработка материалов органических полупроводников или автономный контроль реакций, а также электрохимический анализ жидкостей организма.

Микроскопические изображения электрохимических аналитических чипов с рабочим электродом (WE), противоэлектродом (CE) и электродом сравнения (RE). Чипы имеют размер 5×5 мм². Авторские права: Фраунгофера IPMS.

Для обнаружения ионов, ионной проводимости и температуры в водных растворах институт разрабатывает датчики на основе ионно-чувствительных полевых транзисторов (ISFET) и подключаемую технологию интеграции. Это позволяет, например, измерять pH без обычного электрода сравнения, что можно реализовать на чипе, включающем датчик проводимости и температуры. Чип можно хранить в сухом виде и интегрировать в среду комплементарной технологии металл-оксид-полупроводник (КМОП). Модификация сенсорных слоев также позволяет регулировать чувствительность к конкретным ионам или молекулам.