Miniaturyzacja urządzeń pneumatycznych
Syntetyczne aktuatory pneumatyczne (SJA) są mikrofluidalnymi urządzeniami wytwarzającymi sztuczne strumienie powietrza. Mają prostą budowę: składają się z gniazda z membraną na jednym końcu i małym otworem na drugim końcu. Membrana jest zmuszana do wibracji, wypychając lub wciągając płyn przez otwór i tworząc wir. Nad aktuatorami pneumatycznymi prowadzi się intensywne badania w celu ich wykorzystania jako aktywnych modulatorów przepływu powietrza, aby zwiększyć siłę nośną i zmniejszyć hałas. Naukowcy podjęli się realizacji finansowanego ze środków UE projektu MSAM ("Micro synthetic jet actuator manufacturing") w celu przekształcenia SJA w mikro-SJA w oparciu o technologię płytek krzemowych (Si). Pozwoli to zwiększyć prędkość wylotową przy jednoczesnym zmniejszeniu ogólnej masy. Naukowcy zoptymalizowali dwa podzespoły, czujnik piezoelektryczny – mikroelektromechaniczny system (MEMS) do generowania przepływu oraz ogólną geometrię zagłębień i dyszę wylotową, aby zwiększyć prędkość poprzez modelowanie i symulacje w oparciu o metodę elementów skupionych (LEM). Gniazdo i membrana zostały wykonane z zastosowaniem mikrotechnologii i zatapiania w krzemie, tworząc aktuator. Następnie w silikonową membranę wbudowano piezoelektryczny element ceramiczny za pomocą nowatorskiego procesu scalania, aby umożliwić propagację ugięć z minimalną stratą. W analizie wykazano zdolność urządzeń mikro-SJA do generowania większych prędkości wylotowych, potwierdzając ich przydatność w aktywnej kontroli przepływu. Naukowcy MSAM z powodzeniem zaprojektowali, wykonali i przetestowali urządzenia mikro-SJA przy użyciu substratów ceramicznych i krzemowych. Wyniki testów prędkości potwierdziły projekt konstrukcyjny SJA z zastosowaniem mikrotechnologii i procesów wytwarzania płytek krzemowych oraz skutecznego scalania elementów systemu. W wyniku projektu opracowano również ważne narzędzia modelowania mikro-SJA, których brak wcześniej był odczuwalny. Ogólnie rzecz biorąc, technologia i narzędzia opracowane w ramach projektu mają torować drogę do wielu nowych zastosowań dla technologii ceramiki piezoelektrycznej i technologii MEMS w takich dziedzinach, jak mikrosystemy akustyczne i optyczne oraz czujniki ruchu.
