Инженеры Института прочности конструкций и систем Фраунгофера (Германия) разработали шлем во встроенным сенсором, который измеряет степень вибрации при движении на транспортном средстве — когда её величина превышает допустимые значения, система подаёт звуковой сигнал.

Источник изображений: fraunhofer.de

Шлем адресован водителям машин с тяжёлыми условиями эксплуатации — экскаваторов и бульдозеров. Во внутренний крепёжный ремень шлема, опоясывающего верхнюю часть головы, встроен пьезоэлектрический датчик, имеющий форму тонкой плёнки из покрытого алюминием пенополипропилена. Пьезоэлектрический эффект означает возникновение измеримого электрического сигнала при физической деформации: чем больше деформация, тем выше напряжение.

Во время движения водитель испытывает тряску, датчик деформируется и генерирует сигналы. Напряжение и частота этих сигналов транслируются на нательный модуль, который передаёт информацию на компьютер. Поступающие на компьютер данные анализируются, и если вибрация достигает опасного уровня, водитель получает предупреждение. Тогда он может сделать перерыв и, к примеру, попытаться исправить ситуацию, закрепив у сиденья демпфирующие элементы.

Чрезмерно сильная или продолжительная тряска может вылиться в серьёзные повреждения головного мозга, позвоночника или глаз. На практике сенсор может использоваться на этапе проектирования транспортных средств, помогая обнаруживать и устранять тряску до того, как машина поступит в производство. «Вибрации всего тела, которым подвергаются водители строительных машин, в среднем выражаются в ускорении от 0,2 до 1,5 м/с²; пиковые значения могут быть значительно выше. Наш датчик на шлеме позволяет с лёгкостью точно измерять вибрационную нагрузку в повседневной работе. Это поможет значительно улучшить защиту здоровья», — прокомментировал проект специалист по электромеханике Бьёрн Зайпель (Björn Seipel).

Специалисты немецкой сети институтов Fraunhofer разработали технологию массового производства алмазных мембран для улучшения теплоотвода от электронных компонентов. Алмазные мембраны служат проводником тепла между чипами и радиаторами, препятствуя протеканию тока и коротким замыканиям. Как показали опыты, алмазные мембраны охлаждают чипы на порядок лучше, что, например, может в пять раз ускорить зарядку электромобилей.

Алмазная теплопроводящая мембрана. Источник изображения: Fraunhofer USA, Center Midwest CMW

«Мы хотим заменить этот промежуточный слой [термоинтерфейс] нашей алмазной наномембраной, которая чрезвычайно эффективна при передаче тепла меди, поскольку алмаз можно внедрять в токопроводящие дорожки, — пояснил Маттиас Мюле (Matthias Mühle), участвующий в проекте учёный. — Поскольку наша мембрана гибкая и отделяемая, её можно разместить в любом месте компонента или меди или встроить непосредственно в контур охлаждения».

Алмазные теплораспределители не новость и уже начинают понемногу находить применение, но они обычно имеют толщину более 2 мм, что делает сложным их крепление к компонентам электронных схем. Толщина предложенных наномембран составляет всего 1 мкм. Они гибкие и могут быть прикреплены к электронным компонентам с помощью нагрева всего до 80 °C. Исследователи изготовили наномембраны путём выращивания поликристаллического алмаза поверх кремниевых пластин. Для получения требуемых контуров алмазного термоинтерфейса пластины затем протравливаются, а мембраны отделяются.

По оценкам разработчиков, алмазные наномембраны могут снизить тепловую нагрузку на электронные компоненты в 10 раз, что, конечно же, повысит энергоэффективность и срок службы как компонентов, так и устройств в целом. По словам команды, если бы мембраны были встроены в системы зарядки электромобилей, они помогли бы увеличить скорость восполнения заряда в пять раз. Возможность создавать мембраны на кремниевых подложках также означает, что наладить их массовый выпуск особого труда не составит. Соответствующая заявка на патент уже подана. Ждём тестирования новых теплоотводных решений в инверторах для зарядки электромобилей и в составе другой электроники.

Исследователи из Института фотонных микросистем Фраунгофера разработали миниатюрный спектрограф, способный анализировать текстильные ткани и определять их состав.

Источник изображения: fraunhofer.de

Сканер работает в ближнем инфракрасном диапазоне и анализирует свет, который отражается от волокон ткани — устройство раскладывает его на диапазоны в длинах волн от 950 до 1900 нм, конвертирует результат в электрические сигналы, которые затем при помощи алгоритмов искусственного интеллекта обрабатывает анализатор. Сравнивая результаты с подготовленной базой данных, ИИ-платформа быстро выдаёт ответ, из каких материалов состоит изучаемый фрагмент ткани.

Оптическое разрешение составляет 10 нм — это значит, что спектрометру под силу идентификация смешанных тканей, например, сочетаний полиэстера и хлопка, пояснил один из авторов изобретения Генрих Грюгер (Heinrich Grüger). Сканер представляет собой устройство со стороной 10 мм и толщиной 6,5 мм. По мнению разработчиков, оно поможет текстильным предприятиям в сортировке материалов для их более эффективной обработки.

Связав такой сканер с камерой мобильного телефона, потребитель получил бы возможность на месте определять, соответствуют ли заявления производителей текстиля действительности. Кроме того, анализатор помог бы выбрать необходимую программу стирки для старой вещи, у которой утеряны бирки. Исследователи говорят, что вместе с цифровыми камерами будут развиваться и спектрометры: характеристики камеры, которая 10 лет назад стоила €500, уступает возможностям модулей на современных телефонах.