Cosa c’è di così speciale in questi sensori? Questo è l’argomento di un articolo ben considerato sulla rivista scientifica Nature. Coinvolto in questa pubblicazione: un gruppo di lavoro della Kaiserslautern University of Applied Sciences, e questo è stato persino – un raro onore – riconosciuto come un punto culminante della ricerca.
Cosa fa scattare un airbag o fa ruotare lo schermo del cellulare? prof. dott. Stefan Braun, un esperto di sistemi meccanici miniaturizzati del Dipartimento di informatica e tecnologia dei microsistemi dell’Università di scienze applicate di Kaiserslautern, lo sa, ovviamente. Si tratta di minuscoli sensori di accelerazione. Questi garantiscono la sicurezza in macchina e la comodità di poter passare dalla visualizzazione verticale a quella orizzontale su tablet, smartphone e simili. Questi sensori sono sistemi microelettromeccanici (MEMS). Poco conosciuti, anche se sono utili in molte situazioni quotidiane. Ad esempio, puoi riconoscere movimenti rotatori e accelerazioni nel telefono. Simpatico espediente sugli smartphone, indispensabile sugli aeroplani, per i robot e nelle turbine eoliche.
In parole povere, questi sensori sono costituiti da condensatori elettrici e da un piccolo peso di silicio, che a sua volta è sospeso da sottili molle di silicio. Il peso e le molle sono molto piccoli: nell’ordine dei cento micrometri. Un capello umano è altrettanto “grosso”. Il peso sulle molle si sposta durante la rotazione e l’accelerazione. La capacità nei condensatori cambia, questa viene misurata ei risultati utilizzati per la regolazione.
Per produrre tali mini sensori è necessaria un’infrastruttura estremamente costosa. Tali costi sono resi sopportabili dalla produzione di grandissime quantità. Tuttavia, l’efficienza dei costi può essere raggiunta solo se molti sensori vengono prodotti contemporaneamente e sono quindi tutti identici. Tuttavia, sono necessari anche componenti MEMS specializzati in piccole e medie quantità. Tuttavia, i metodi consueti fino ad ora non sono adatti per la loro produzione economica. Come in molti altri settori, anche qui la stampa 3D può essere una soluzione.
Braun e i suoi colleghi di Zweibrücken hanno lavorato su questo insieme ai ricercatori del Royal Institute of Technology KTH di Stoccolma. Il primo passo è stato verificare la fattibilità dell’approccio “stampa 3D di sensori” in linea di principio. Ci è riuscito. Lo speciale processo di stampa 3D utilizzato si basa sulla polimerizzazione a due fotoni: con questo è possibile produrre oggetti di poche centinaia di nanometri. Dopo il successivo rivestimento metallico, sono stati prodotti prototipi di sensori di accelerazione delle stesse dimensioni dei sensori di accelerazione MEMS “convenzionali”. Una prova di concetto dimostra che il metodo per la prototipazione e la produzione di componenti MEMS in piccole serie è tecnicamente fattibile.
“La nostra parte è stata la progettazione e la simulazione di questo prototipo”, spiega Braun. È molto soddisfatto della risposta positiva alle pubblicazioni scientifiche e del premio come “ricerca evidenziata” nelle rinomate riviste “Nature Microsystems & Nanoengineering” e “Nature Electronics”.
Foto: Simone Pagliano