MAGYAR FEJLESZTÉSŰ MINIATŰR ÖNELLÁTÓ ÉRZÉKELŐK SEGÍTHETIK A MÉRÉST EXTRÉM KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT

Speciális körülmények között is alkalmazható, új technológiákon alapuló, akku- és drótnélküli, hálózatban kommunikáló érzékelő egységek kifejlesztésébe kezdett az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete és a BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft. együttműködésével létrejött konzorcium. A fejlesztendő miniatűr eszközök az elektromágneses térből, valamint környezeti mechanikus vibrációból nyernek energiát, és alacsony energiájú rádiófrekvenciás jelekkel kommunikálnak. Az új eszközöket többek között a közlekedés monitorozására, a talaj/vizek/levegő szennyezettségének vizsgálatára, az energetikai biztonság területén vagy humán orvosi diagnosztikában is lehet majd használni.

Speciális körülmények között is alkalmazható, új technológiákon alapuló, akku- és drótnélküli, hálózatban kommunikáló érzékelő egységek kifejlesztésébe kezdett az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete és a BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft. együttműködésével létrejött konzorcium. A fejlesztendő miniatűr eszközök az elektromágneses térből, valamint környezeti mechanikus vibrációból nyernek energiát, és alacsony energiájú rádiófrekvenciás jelekkel kommunikálnak. Az új eszközöket többek között a közlekedés monitorozására, a talaj/vizek/levegő szennyezettségének vizsgálatára, az energetikai biztonság területén vagy humán orvosi diagnosztikában is lehet majd használni.

Érzékelők sokasága gondoskodik arról, hogy megfelelő információkhoz jussunk az élet minden területéről, legyen szó egy esetleges környezeti szennyezésről, betegségről vagy akár csak egy közlekedési dugóról. Ezeket a szenzorokat azonban sokszor pont olyan környezetben kell elhelyezni, ahol drága, egészségre ártalmas vagy egyenesen lehetetlen az eszköz karbantartása, és az akkumulátoruk cseréje vagy vezetékes energiaellátásuk: ilyen például az emberi test vagy lakott területtől távol eső területek.  

A megoldás olyan kompakt érzékelők előállítása, elemek és külső fizikai kontaktus nélküli, gondozásmentes kialakítása, amelyek a működésükhöz szükséges energiát képesek a környezetükből kinyerni, így nem kell bajlódni az elem cseréjével vagy elektromos hálózat kiépítésével, ráadásul az általuk nyert jeleket önállóan továbbítani is tudják. 

Ilyen új anyagokon és innovatív technológiákon alapuló, hálózatba szervezhető, önellátó érzékelők (fit & forget wireless power solution) kutatását, tervezését és működésének demonstrálását kezdte meg az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete (MFA) és a BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft. (BHE). Az új hazai projekt keretében fejlesztendő miniatűr érzékelő egységek képesek egy adott környezet fizikai állapotát meghatározott szempontok szerint önellátóan ellenőrizni és a mérési adatokat továbbítani. A projekt eredményeként létrejövő elem- és drótnélküli SD kártya méretű szenzorok segítségével a jövőben új technikai eszközökhöz juthat például a humán orvosi diagnosztika területén, de az érzékelők alkalmasak lehetnek a talaj/vizek/levegő szennyezettségének monitorozásra, valamint utak, vasutak és járművek állapotának vizsgálatára is.

Az "energy harvesting" alapú autonóm szenzorok fejlesztése terén már a világ számos pontján folynak intenzív kutatások, az érzékelők miniatürizálása azonban jelenleg még nem megoldott. A ma megvásárolható vibrációs rezgéseken (energy harvester, EH) alapuló rendszerek makroszkopikus méretűek és hagyományos gépészeti módszerekkel készülnek. A magyar fejlesztés újdonsága, hogy a projekt célkitűzésében szereplő rendszer EH egysége standard Si tömbi mikrogépészeti (MEMS) eljáráson alapul. A megfelelően alacsony rezonancia frekvenciát (20-200 Hz), a kis méretet (2 mm x 2 mm), és a környezeti rezgési spektrumhoz igazodó adaptív geometriát, ill. a megfelelő kimeneti feszültséget számos innovatív megoldás és anyagtudományi eredmény támogatja majd.

A projekt megvalósítására létrehozott konzorcium akadémiai partnere a hazai viszonylatban talán legszélesebb anyagtudományi vizsgálati infrastruktúrával és unikális Si tisztatéri mikrotechnológiai labororral rendelkező MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete (MFA), másik tagja pedig a mikrohullámú és rádiófrekvenciás innovációban nemzetközi szinten is kiemelkedő, 100% magyar tulajdonban levő cég, a BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft. (BHE).

Az MFA több mint 20 éve foglalkozik MEMS technológiával megvalósítható mikroérzékelőkkel, hazai szinten egyedülálló tisztatéri mikrotechnológiai minta előállítási és anyagvizsgálati infrastruktúrával, szaktudással rendelkezik. A projekt sikerének másik pillére az EH-t tartalmazó rendkívül takarékos elektronika és RF kommunikációs egység lesz, melyet a BHE 25 éves, nemzetközi szinten is elismert tapasztalatára alapozva dolgoz ki. A konzorcium célja a kifejlesztett jelfeldolgozó és kommunikációs elektronika Si alapú áramköri megtervezésén túl a Europractice IC Service keretén belüli tesztgyártása is, mert ezen a  területen hatalmas fejlődés és ipari igény várható a közeljövőben.

„A fejlesztés alatt álló eszközök előnye, hogy hosszú élettartamuk alatt önállóan működnek, ezért alkalmazhatók például útburkolatba integrálva, villamos felsővezetékek közelében vagy akár ruházatban is (wearable technology). A vezeték nélküliség energia-megtakarítást jelent, mivel az érzékelőknek nincs szüksége hálózati töltésre. További előny, hogy egyszerre nagyszámú szenzor adatai gyűjthetőek össze vezetékezés és energiabetáplálás nélkül, így a működési/környezeti állapot pontosabban követhető; az adatgyűjtés és kommunikáció független hálózatokban, adatbányászati (data mining) technológiákkal is lehetséges. A rendszer alkalmazási lehetőségei éppen emiatt dinamikusan bővülnek. A konzorciumunk az első lépésben az energetikai biztonság területére és a közlekedés monitorozására fókuszál" – fogalmazott Volk János, a projekt vezetője.

A „Korszerű funkcionális anyagok hálózatba szervezhető autonóm érzékelőkhöz" című NVKP_16-1-2016-0018 azonosítószámú projekt a Magyar Kormány támogatásával a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap finanszírozásával valósul meg.

MTA EK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet: http://www.mfa.kfki.hu/  

BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft.: http://www.bhe-mw.eu/