Een team onderzoekers van de A. James Clark School of Engineering, onderdeel van de University of Maryland in Washington, is er in geslaagd om micromachines te fabriceren. De minipompen, -motoren en -turbines, geïntegreerd in een minuscule generatie op vloeibare brandstofwerkende energiebronnen, draaien om microrollagers.
Door gebruik van te maken van productietechnieken uit de computerindustrie hebben de onderzoekers rollagers geconstrueerd met microkogels zo groot als een paar mensenharen, bijna onzichtbaar voor het blote oog. Met deze componenten hebben zij micropompen, -motoren en -turbines gebouwd, die toerentallen halen tot 87.000 min-1. Bij oudere micro-elektromechanische systemen (MEMS) werden glijlagers en luchtlagers gebruikt. Dankzij de rollagers op microschaal kunnen nieuwe apparaten worden ontwikkeld, die praktisch onmogelijk waren.
Onderzoekers hebben een niveau van miniaturisering voor machines bereikt, zoals dit de laatste tijd gold voor de elektronica. Het is mogelijk om robuuste micromachines te fabriceren en te integreren die kleine pompen, motoren en turbines van energie voorzien.
Traditionele actuatoren voor microsystemen waren beperkt tot een lineaire beweging of een kleine hoekverdraaiing. In het laboratorium van de A. James Clark School zijn microlagers ingebouwd in elektrisch gestuurde, roterende platforms voor nauwkeurige hoekpositiemeting en in high speed turbomachines voor microvloeistofpompen. De succesvolle ontwikkeling van deze apparaten zal direct leiden tot realisatie van mini-energiegeneratoren en sensorsystemen.
Voor het creëren van hun machines moest het onderzoeksteam kennis ontwikkelen van tribologie op microschaal oftewel de wrijving, slijtage en de smering van deze minilager componenten. Deze kennis gebruiken ze bij de bouw van verschillende types micromachines eerst gebruikmakend van conventionele productieprocessen om deze daarna te integreren in de minisystemen, die uiteindelijk de taak kunnen uitvoeren als een krachtbron voor redelijke tijdsperiode en niet simpel opbranden.
Militaire toepassingen
De micromachines zijn primair ontwikkeld om de bepakking (batterijen) van soldaten drastisch te verminderen. De ontwikkelaars verwachten ook voordelen en technologieën voor de gezondheidszorg (micro pompen voor implantatie en biochemische sensoren). In het veld zal een minigenerator, die zulke micromachines voedt en combineert met batterijen in hybridetechnologie, de belasting van de soldaat drastisch verminderen.
Het leger heeft kleine, op vloeibare brandstof werkende krachtige generatoren nodig die meer energie kunnen leveren, lichter zijn in gewicht en minder kosten dan huidige gebruikte energiebronnen. Het team is nu bezig met de ontwikkeling van de onderdelen voor brandstoflevering en een elektrische generator conform onze behoefte.
Micromachinesystemen kunnen ook fungeren als krachtbron voor land- of luchtvoertuigen, die in de toekomst vooruitgaan voor het verkennen van gevaarlijk gebied en de informatie terugzenden. Microgeneratoren, die compleet gefabriceerd zijn uit silicium en draaien op microlagers, zouden kunnen zorgen voor de energie van elektrische systemen in de voertuigen, zonder deze zwaar te belasten.
Civiele toepassingen
De micromachines zijn primair ontwikkeld om de bepakking (batterijen) van soldaten drastisch te verminderen. De ontwikkelaars verwachten ook voordelen en technologieën voor de gezondheidszorg (micro pompen voor implantatie en biochemische sensoren). Ook zullen micromachinesystemen een belangrijke bron worden voor de zoektocht van bedrijven naar nieuwe producten op hun eigen bestaande markten dan wel complete nieuwe markten openen. Deze ontwikkeling is een belangrijke nieuwe benadering voor de productie van mechanische bewegingen in MEMS.
De onderzoekers hebben zich gefocust op de bouw van pompen en motoren die sterk genoeg waren om de gevraagde klus te klaren met een levensduur die voldoende was maar ook eenvoudig genoeg te fabriceren. Net als bij de miniaturisering van elektronica verwachten ze generatoren te kunnen bouwen die een steeds hoger rendement halen en passen in micromachinesystemen. Deze zullen niet alleen geschikt zijn voor defensie, de medische wereld en computertechniek maar ook in compleet nieuwe technologieën waar nog nooit iemand aan heeft gedacht.
