Industrielle Automation 3/2019

SENSORIK UND MESSTECHNIK
minimalinvasiven Eingriffen, kann aber
auch der biologischen Forschung neue Ergebnisse
liefern. Die zentrale Komponente
dieser Technologie ist ein einzelner optischer
Wellenleiter, der bei mechanischer
Resonanz vibriert und so RGB-Laserlicht
auf das Bild scannt. Die resonante optische
Single-Mode-Faser wird seitlich von einem
rohrförmigen piezoelektrischen Aktor in
einem sehr kompakten koaxialen Design angetrieben.
Die seitliche Vibrationsbewegung
kann modelliert werden. Die Faser bewegt
sich dann während des Betriebs in einem
spiralförmigen Scanmuster. Der anwendungsspezifische
Aktor ist bei 0,45 mm Durchmesser
lediglich 4 mm lang. Die elektrischen Spannungen,
die während des Betriebs des SFE
angelegt werden, sind niedrig, da der rohrförmige
Piezo elektrisch einem kleinen Kondensator
entspricht. Im typischen Betrieb
liegt die Spannung unter 20 V bei 5,5 mW
elektrischer Leistung. Ähnliche Scanning-
Anwendungen sind auch mit Biegeaktoren
realisierbar, die selbst bei kleinster Fläche
relativ große Auslenkungen erreichen.
Pumpen für die Mikrofluidik
Aus piezoelektrischen Materialien lassen
sich aber auch leistungsfähige Antriebslösungen
kreieren, die für den Einsatz in
Mikrodosierpumpen die besten Voraussetzungen
bieten. Sie arbeiten mit hohen
Geschwindigkeiten und kurzen Ansprechzeiten;
dadurch sind hohe Pumpfrequenzen
und Flussraten möglich. Durch die variablen
Hübe lassen sich Dosiervorgänge präzise
steuern. Da sehr unterschiedliche Aufbauten
möglich sind, findet sich praktisch für
jede Aufgabenstellung eine maßgeschneiderte
Lösung.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikrosysteme
und Festkörper-Technologien
(EMFT) zum Beispiel arbeiten an einem
aktiven Implantat, das den Augen-Innendruck
effektiv und dauerhaft regulieren
soll. Das Implantat besteht aus einem Mikropumpensystem,
einer sensorbasierten
Pumpensteuerung, einem integrierten Akku
zur kontaktlosen Energieversorgung sowie
einem Telemetriemodul zur Datenübertragung.
Es lässt sich direkt auf dem Augapfel
aufbringen. Treibende Kraft der Mikropumpe
ist ein Piezoelement in Scheibenform,
das direkt auf einem Siliziumträgersubstrat
appliziert wird. Es erzeugt die
benötigten Linearbewegungen sehr präzise
und lässt sich obendrein perfekt an die
Applikationsumgebung anpassen. Auch
bei Gegendruck sind so die für die Therapie
erforderlichen Förderraten realisierbar,
indem die Schaltfrequenzen oder die Amplitude
der Piezoauslenkung über eine
entsprechende Regelung variiert werden.
Die Pumpe im Augenimplantat ar beitet
mit einer Förderrate von max. 30 Mikrolitern/s
und kann je nach Krankheitsbild
das Auge benetzen oder Kammerwasser
abpumpen.
Bilder: PI Ceramic
www.piceramic.de
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