Fraunhofer para mostrar alto

Debido a la gran demanda de sensores en una amplia variedad de campos de aplicación, existen requisitos muy diferentes en cuanto a su funcionalidad y perfil de rendimiento. En consecuencia, el objetivo central del trabajo de investigación en Fraunhofer IPMS es desarrollar sensores y sistemas de sensores personalizados y específicos de la aplicación. Al hacerlo, se amplían los productos existentes y se hacen posibles nuevas aplicaciones mediante el uso de tecnologías, componentes y sistemas innovadores. Estos se caracterizan por una mayor precisión, dimensiones más pequeñas, mejor eficiencia energética y funciones adicionales en comparación con los sensores estándar. La gama de servicios se extiende desde la concepción y el desarrollo de prototipos hasta la producción piloto en los propios laboratorios y salas limpias del instituto, desde componentes hasta sistemas completos. La adición combinada de inteligencia artificial (software AI) también permite el desarrollo de sistemas "inteligentes" completos.

Los últimos desarrollos en tecnología de sensores ópticos, químicos y ultrasónicos de Fraunhofer IPMS que se exhibieron en la feria comercial SENSOR+TEST en Nuremberg en mayo de 2023 se detallan a continuación.

Imagen superior: Sensor ultrasónico de Fraunhofer IPMS. Derechos de autor: © Fraunhofer IPMS.

Fraunhofer IPMS ofrece innovadores sistemas de análisis espectral de infrarrojo cercano (NIR) compactos y ultracompactos. Además, el instituto presenta, por primera vez, un demostrador que utiliza el análisis espectral para detectar la composición de los textiles. El área de aplicación abre numerosas posibilidades a lo largo de toda la cadena de valor. De esta forma, los materiales pueden ser comprobados por el comprador en el momento de la compra. En el área de cuidado, se puede identificar la necesidad de limpieza mediante el análisis de las partículas de suciedad y se puede determinar un programa de lavado adecuado en función del color y los materiales. Especialmente en el contexto de Ambient Assisted Living, son concebibles áreas de aplicación versátiles. El sistema también se puede utilizar en relación con el reciclaje de textiles para clasificar los textiles según el color y los materiales.

Otras áreas de aplicación de los sistemas de análisis espectral Fraunhofer IPMS incluyen pruebas de frescura de alimentos, clasificación de objetos de plástico durante el reciclaje o determinación del tipo y concentración de materias primas en productos farmacéuticos. Los sistemas se pueden adaptar de manera flexible a diferentes rangos espectrales en el proceso de diseño.

Debido a la combinación de espectroscopia de infrarrojo cercano de "punto único" con imágenes RGB simples, se logra la máxima determinación de información, lo que permite la conexión a sistemas inteligentes con software de IA. Está previsto un desarrollo continuo del sistema. En este contexto, se apunta a un rango espectral más amplio en el rango UV para hacer visibles las contaminaciones como el moho y las bacterias.

En el campo de los sensores químicos, los científicos de Fraunhofer IPMS presentan un chip analítico electroquímico que, con sus microelectrodos de oro, plata o platino, permite numerosos procedimientos de análisis electroquímicos con las cantidades de análisis más pequeñas. Los campos de aplicación son, por ejemplo, el desarrollo de materiales de semiconductores orgánicos o el control de reacciones fuera de línea, así como el análisis electroquímico de fluidos corporales.

Imágenes microscópicas de chips analíticos electroquímicos, con electrodo de trabajo (WE), contraelectrodo (CE) y electrodo de referencia (RE). Los chips tienen un tamaño de 5×5 mm². Derechos de autor: Fraunhofer IPMS.

Para la detección de iones, conductividad iónica y temperatura en soluciones acuosas, el instituto desarrolla sensores basados en transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET) y una tecnología de integración conectable. Esto permite, por ejemplo, la medición del pH sin un electrodo de referencia convencional, que se puede realizar en un chip que incluye un sensor de conductividad y temperatura. El chip se puede almacenar en seco y se puede integrar en un entorno Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS). La modificación de las capas del sensor también hace posible ajustar la sensibilidad para iones o moléculas específicas.

Fraunhofer IPMS también está trabajando en el desarrollo de un espectrómetro de movilidad de iones (IMS), que se utilizará en el futuro para la detección portátil y rápida de gases relevantes. La tecnología permite la detección de analitos ionizables en el rango de concentración de ppm y ppb directamente en el aire y se utilizará en particular en análisis ambientales, alimentarios y biomédicos. Las sustancias detectables proceden, por ejemplo, del grupo de componentes orgánicos volátiles (COV) como la acetona o el tolueno, que son de gran importancia en el reconocimiento de marcadores o la detección de contaminantes. Para este análisis de gases traza, Fraunhofer IPMS ha desarrollado un componente modular que se puede utilizar con clientes y socios colaboradores para desarrollos de productos específicos de la aplicación. El concepto único subyacente de integración de componentes, tecnología y sistemas va más allá de las soluciones existentes en el mercado y, por lo tanto, promete abordar soluciones innovadoras en el campo de la tecnología de sensores de gas en el futuro.

Estructura esquemática de un chip analítico electroquímico que se puede insertar y contactar en el adaptador de medición que se muestra a la derecha. Derechos de autor: Fraunhofer IPMS.

Debido a su pequeño tamaño, el desarrollo de dispositivos móviles permite realizar mediciones directamente en el sitio, por ejemplo, para detectar emisiones nocivas en lugares críticos o para ayudar al personal médico en el diagnóstico o tratamiento. Además, el acceso a las tecnologías de sistemas microelectromecánicos (MEMS) permite fabricar chips IMS de forma rentable en grandes cantidades. El objetivo es proporcionar dispositivos móviles que sean ampliamente utilizados por laicos y se implementen en diversos escenarios de aplicaciones.

En el campo de la tecnología de sensores ultrasónicos, Fraunhofer IPMS está desarrollando los llamados CMUT, transductores ultrasónicos capacitivos micromaquinados, que pueden generar frecuencias de vibración hasta el rango inferior de MHz. Las áreas de aplicación incluyen el mantenimiento predictivo junto con la inteligencia artificial perimetral, el reconocimiento de gestos y el control de equipos, y la detección de distancia como alternativa a los sistemas ópticos o de radar. Esto implica medir los cambios en la distancia desde la mano hasta los sensores a lo largo del tiempo. En el stand, el instituto presentará el procedimiento para determinar concentraciones de hidrógeno en mezclas de gases hasta el 100%. Los CMUT también se utilizan en el campo médico. En la feria, Fraunhofer IPMS presenta una demostración de un espirómetro. El sistema para analizar la función pulmonar es parte de un sistema de monitoreo de pacientes descentralizado y controlado por IA. La avanzada tecnología del sensor de ultrasonido CMUT permite una importante contribución al desarrollo de un espirómetro móvil y potente.

Noticias