Le plus petit système de spectroscopie d'impédance du monde, sous la forme d'une pilule, détecte les points faibles des machines et des personnes
Petit comme un bonbon : Un capteur IoT étanche mesure de manière fiable les propriétés des liquides, même dans les endroits difficiles d'accès
Imaginez un scénario dans lequel il vous suffirait de jeter une pilule pour identifier une erreur - c'est désormais un peu plus proche de la réalité grâce aux travaux réalisés par des chercheurs du Fraunhofer IZM en coopération avec Micro Systems Technologies (MST) et Sensry GmbH. Aussi petit qu'un bonbon, le capteur IoT étanche peut mesurer de manière fiable les propriétés des liquides, même dans les endroits difficiles d'accès. Cela peut faciliter considérablement la maintenance des machines industrielles et même aider à identifier des maladies.
Mesure de l'impédance dans les zones difficiles d'accès : Capteur IoT super-miniaturisé
© Fraunhofer IZM
Le cœur de la capsule de spectroscopie contient le système dans l'emballage, une carte de circuit imprimé flexible et une carte de circuit imprimé en céramique.
© Fraunhofer IZM
Plus une machine industrielle est grande, plus il est difficile de dépanner les dysfonctionnements en détectant les écarts de pression d'huile indésirables ou même les fuites de conduites depuis l'extérieur. Il faut souvent beaucoup de temps au personnel spécialisé pour trouver ce qui semble être l'équivalent d'une aiguille dans une botte de foin. Cela peut entraîner des pertes de production et des coûts élevés. La situation est similaire lorsqu'il s'agit d'identifier les causes d'une maladie chez l'homme. Si un patient se plaint de douleurs abdominales, il est généralement impossible d'éviter une gastroscopie ou une coloscopie complexe. La spectroscopie d'impédance électrochimique peut s'avérer très utile dans ce cas.
Dans ce processus, des ondes radio sont envoyées à travers un milieu d'une électrode à une seconde électrode afin de dériver le spectre de fréquence (c'est-à-dire l'empreinte digitale spécifique) du milieu. Si des changements dans les propriétés d'un matériau ou d'un liquide sont identifiés, cela peut indiquer la corrosion rapide d'un composant ou la présence d'un tableau clinique spécifique. Auparavant, les analyseurs d'impédance n'étaient pas suffisamment petits et portables pour être utilisés à cette fin. Avec ces applications en tête, des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la micro-intégration IZM à Berlin, avec le soutien de MST et Sensry, ont travaillé au développement d'un capteur IoT compact et modulaire capable de mesurer les impédances et de les transmettre sans fil. Par conséquent, le capteur est non seulement étanche, mais aussi compatible avec la biomédecine.
Le capteur est constitué d'un polymère biocompatible et, malgré sa petite surface de seulement 11 × 16 millimètres carrés, il contient les deux électrodes nécessaires, ainsi que de nombreux composants pour l'analyse des propriétés environnementales, y compris six capteurs pour mesurer une grande variété de paramètres de données. Outre la température, la pression, l'humidité et le son de l'environnement, ce petit appareil extrêmement polyvalent peut également suivre son propre comportement d'accélération, ainsi que la rotation et le bruit ambiant. Un capteur de lumière intégré permet de détecter les propriétés de la lumière et des couleurs.
Plus concrètement, en cas de dysfonctionnement d'une machine, le capteur peut être inséré dans une conduite d'huile, par exemple, de manière à ce qu'elle circule dans l'ensemble du système. Des données précises sur les propriétés de l'environnement sont transmises sans fil et en temps réel à un logiciel personnalisé doté d'une interface web pour PC et smartphones. Si le capteur atteint un point où la pression ou le spectre du liquide s'écarte des exigences, cela indique que la cause du problème a été localisée avec succès. Pour faciliter l'analyse des données collectées par les utilisateurs, les spectres de fréquence de certains liquides, tels que l'huile et l'eau, sont déjà inclus dans le logiciel.
Le principal défi rencontré lors de la fabrication du capteur a été la miniaturisation des composants. En particulier, la réduction du diamètre de la bobine pour le chargement sans fil à 10 millimètres s'est avérée être un obstacle important. Toutefois, une conception sophistiquée du système a permis de surmonter ce défi. Au début du projet, Sensry GmbH a fourni ses schémas de circuit et le micrologiciel Kalisto comme base pour le développement du capteur.
Afin de s'assurer qu'un total de plus de 70 composants passifs et actifs puissent être montés sur un circuit imprimé flexible et biocompatible, le circuit imprimé a été conçu en utilisant un polymère à cristaux liquides et fabriqué en quatre couches par DYCONEX, une société de MST. Malgré sa conception multicouche, l'épaisseur du circuit imprimé n'est que de 175 micromètres, ce qui le rend aussi épais qu'un cheveu humain. Un système en boîtier a été fabriqué sur un interposeur à six couches et constitue le cœur du capteur, car c'est là que le système IoT est intégré. Grâce à une bobine d'induction intégrée, l'appareil peut être rechargé sans fil à l'aide de la technologie Qi sans jamais ouvrir la capsule. Toutefois, une charge classique en courant continu est également possible via une station d'accueil utilisée pour calibrer et programmer le capteur. Afin d'éviter la surchauffe des composants pendant le fonctionnement, le capteur est rempli d'une résine époxy qui isole les composants les uns des autres et dissipe la chaleur vers l'extérieur. Dans sa partie inférieure, le capteur comporte une carte céramique à quatre couches d'une épaisseur de 0,5 millimètre fabriquée par Micro Systems Engineering GmbH, une société de MST, qui accueille les électrodes pour la spectroscopie d'impédance ainsi que le capteur de pression. En tant qu'unité de démonstration pour le salon, le capteur IoT montre comment la conception de systèmes intelligents et l'emballage de semi-conducteurs peuvent être utilisés pour miniaturiser considérablement l'électronique sans sacrifier aucune fonctionnalité.
La recherche sur la spectroscopie d'impédance électrochimique est bien avancée et les possibilités pour la technologie médicale sont loin d'être épuisées. Le projet est en cours depuis le 1er avril 2021.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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