Pompa per vuoto senza motore: i film sottili, la materia di cui sono fatte le nuove pompe
Un team di ricerca presenta un prototipo di pompa per vuoto con doppio film di azionamento - lo spin-off mateligent porta la tecnologia all'industria
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Grazie a una sottile pellicola di silicone, le pompe non necessitano di motori, aria compressa, lubrificanti o sensori aggiuntivi. Possono essere attivate a seconda delle necessità e inserite in progetti finora impossibili. Ovunque sia necessario il vuoto nell'industria e nella produzione, nella tecnologia dei veicoli o nei laboratori e nella ricerca, la tecnologia del film rende possibili pompe leggere, piatte ed efficienti dal punto di vista energetico. Il team del professor Paul Motzki dell'Università del Saarland presenterà la tecnologia alla Hannover Messe.
La pellicola di plastica inizia a muoversi non appena i ricercatori le applicano una tensione elettrica. Con i suoi 50 micrometri, la pellicola ha lo spessore di un capello. Il team del professor Paul Motzki la fa battere vigorosamente, vibrare, salire e scendere lentamente in un movimento fluido o rimanere in una posizione, semplicemente cambiando la tensione elettrica. Quello che sembra un simpatico espediente è la materia di cui sono fatti i mini-motori innovativi.
Poiché i ricercatori sono in grado di controllare la pellicola, questa può eseguire compiti come spingere o tirare qualcosa. Può eseguire movimenti per i quali i dispositivi tecnici richiederebbero altrimenti motori o compressori d'aria, che richiedono molto spazio, energia e manutenzione. Il team di ricerca sta anche installando lamine intelligenti nelle pompe a vuoto per aspirare aria o liquidi da una camera. Le pompe per vuoto sono indispensabili nella pratica industriale e tecnica e vengono utilizzate ovunque, dalle macchine per l'imballaggio e le pinze robotiche alla tecnologia medica.
Vuoto senza aria compressa, senza motore
La tecnologia a film non richiede componenti pesanti, è leggera e compatta. "Con gli elastomeri dielettrici, come vengono chiamati i film, possiamo adattare il design delle pompe ai rispettivi requisiti. Possiamo anche realizzare forme che non sono tecnicamente possibili con i processi convenzionali, come geometrie molto sottili e piatte paragonabili alla forma di uno smartphone", afferma Paul Motzki. Il professore di sistemi di materiali intelligenti dell'Università del Saarland è direttore generale del Centro per la tecnologia meccatronica e dell'automazione (Zema). Le pellicole pompano anche in ambienti piccoli e delicati. La tecnologia non richiede terre rare o rame e non necessita di olio lubrificante. Ciò le rende adatte all'uso in camere bianche e ambienti sterili. "A seconda della modalità operativa, le pompe in pellicola possono anche essere molto efficienti dal punto di vista energetico", afferma Paul Motzki. Inoltre, le pompe in film sono silenziose: un vantaggio che potrebbe ridurre significativamente il rumore di fondo nei capannoni di produzione".
Più azionamenti per film, più potenza
Alla Hannover Messe di quest'anno, il team di ricerca sta utilizzando un nuovo prototipo per dimostrare come la tecnologia possa essere scalata. A tal fine, i ricercatori hanno dotato un prototipo di pompa per vuoto di un doppio azionamento. Mentre la pompa per vuoto presentata l'anno scorso alla fiera aveva un azionamento in pellicola in una camera della pompa, la nuova pompa ha ora due azionamenti in due camere della pompa. "Possiamo collegare i due attuatori nelle camere della pompa in parallelo o in serie, aumentando così la pressione, la portata e le prestazioni", spiega Paul Motzki.
I due attuatori a lamina possono funzionare alternativamente come controattuatori: Mentre una lamina viene caricata, l'altra viene scaricata. Di conseguenza, il rendimento non cala e la pompa crea rapidamente e ciclicamente un vuoto continuo in una campana di vetro, con un flusso di volume e una pressione maggiori. Quando i due motori lavorano insieme, la pompa eroga una potenza maggiore. Mentre nel 2025 la pompa singola riusciva a raggiungere una pressione assoluta di 300 millibar, ora riesce a gestire meno di 200 millibar. "Naturalmente, possiamo anche collegare più film in serie o in parallelo e quindi adattare e aumentare le prestazioni, a seconda dell'applicazione", spiega Paul Motzki.
Un ulteriore passo avanti verso l'utilizzo nell'industria
"La nuova versione della pompa è un ulteriore passo avanti verso l'uso industriale", afferma Paul Motzki. Lui e il suo team hanno lavorato per anni sulla tecnologia a film in numerosi progetti di ricerca. Il suo funzionamento si basa su uno strato di elettrodi elettricamente conduttivo e altamente estensibile, stampato sulla parte anteriore e posteriore della pellicola. Quando i ricercatori applicano una tensione elettrica, i due strati stampati si attraggono elettrostaticamente: La pellicola si comprime ancora di più e allo stesso tempo si espande in larghezza. "Se cambiamo il campo elettrico, possiamo controllare l'elastomero dielettrico con qualsiasi frequenza e oscillazione e farlo vibrare o eseguire movimenti di sollevamento lenti, veloci e potenti a variazione continua", spiega Motzki. La pellicola può anche mantenere qualsiasi posizione desiderata. Consuma elettricità solo quando è in azione. I ricercatori di Saarbrücken utilizzano la pellicola come un motore: un motore in miniatura che non richiede sensori aggiuntivi.
"Le pellicole stesse sono il loro sensore", afferma Paul Motzki. Anche gli elastomeri dielettrici svolgono questa funzione. I valori misurati della capacità elettrica cambiano al minimo movimento. Ogni deformazione della pellicola ha una propria sequenza caratteristica di numeri. Grazie a questo valore misurato, gli ingegneri possono leggere esattamente la deflessione meccanica del film, ovvero la sua attuale deformazione. In un'unità di controllo, utilizzano questi dati di misurazione per programmare precise sequenze di movimento utilizzando metodi di apprendimento automatico. In questo modo le pellicole sono in grado di fare il vuoto nelle pompe per vuoto senza motore, di dosare i liquidi come una valvola o di fungere da interruttori senza interruzioni. Possono anche monitorare il proprio funzionamento: I dati di misurazione mostrano se un oggetto estraneo sta bloccando la pompa o se il vuoto non è stato fatto in modo sicuro.
In altri progetti, il team di Motzki utilizza le pellicole per pinze robotiche, altoparlanti, ma anche applicazioni come il feedback aptico sui display degli smartphone o i tessuti intelligenti: ad esempio, nei guanti da lavoro intelligenti, che fungono da interfaccia per dire alla tecnologia come si stanno muovendo la mano e le dita.
Alla Hannover Messe, il team di ricerca è alla ricerca di partner con cui sviluppare ulteriormente la tecnologia della pompa per un uso pratico su scala di massa.
Il background
La tecnologia degli elastomeri dielettrici è oggetto di ricerca anche da parte di molti giovani scienziati nell'ambito delle loro tesi di laurea e di dottorato. La tecnologia degli elastomeri dielettrici è oggetto di numerose pubblicazioni su riviste specializzate ed è stata finanziata in diversi progetti di ricerca, tra cui l'UE, la Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), il governo del Saarland nell'ambito dei progetti FESR iSMAT, V-Pro Saar e Multi-Immerse, nonché l'Associazione dell'industria metallurgica ed elettrica del Saarland (ME Saar).
Per tradurre i risultati in pratica industriale, i ricercatori hanno fondato all'interno dell'università la società mateligent GmbH, che sarà anche rappresentata allo stand del Saarland alla Fiera di Hannover.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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