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Fokus www markttechnik de Nr 6 2024 14 zität gemessen Die PMUTs dagegen machen sich den piezoelektrischen Effekt zunutze Ihre Membran ist aus einem Sandwich verschiedener Schichten aufgebaut darunter eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material Verbiegt sich die Schicht unter Schalldruck dann erzeugt die piezoelektrische Schicht eine elektrische Ladung Umgekehrt kann die Membran durch das Anlegen eines Wechselstroms schwingen und Schall erzeugen Sowohl die CMUTs als auch die PMUTs haben ihre spezifischen Vorund Nachteile Während Butterfly auf CMUTs setzt hat Exo ihr »Cello«- Array auf Basis von PMUTs aufgebaut Auf die Piezotechnik setzen übrigens auch MEMS-Design-Spezialist AMFitzgerald und die MEMS-Foundry MEMS Infinity eine Tochter von Sumitomo Precision Products Kürzlich haben sie eine Partnerschaft geschlossen um piezoelektrische MEMS wie PMUTs künftig schneller und kostengünstiger auf den Markt bringen zu können Denn sie sehen für die PZT-PMUTs einen schnell wachsenden Markt und neue Anwendungsmöglichkeiten voraus Neue Technologien – neue Perspektiven »Mit unseren kapazitiven und piezoelektrischen Membranen und Freiträgern haben wir den Vorteil dass wir die Frequenzen über die Geometrie einstellen können« sagt Dr Chris Stöckel Gruppenleiter »MEMS NEMS-Technologien« am Fraunhofer ENAS Weil die MUTs über Lithografie strukturiert werden können sie sehr flexibel gestaltet und skalierbar vervielfältigt werden Das eröffnet den MUTs jetzt neue Perspektiven Bisher war der Markt vor allem für Firmen interessant die die MUTs für Märkte entwickeln wo sehr hohe Stückzahlen gebraucht werden Jetzt ist Chris Stöckel überzeugt dass die Fraunhofer-Gesellschaft dank seiner flexiblen Fertigungsmethoden eine neue Ära einläuten kann »Weil wir die akustischen Wandler in geometrischen elektrischen und akustischen Eigenschaften in einem breiten Anwendungsbereich frei gestalten können ist es möglich kundenspezifische Änderungen mit einem minimalen Einsatz von Einmalkosten durchzuführen Die Reduktion der Einmalkosten wurde durch die Einführung von adaptiven MUT-Technologieplattformen auf Basis von Siliziumwafern ermöglicht Diese Ultraschallwandler werden über lithografische Fertigungsverfahren hochpräzise und zuverlässig auf Wafern parallel gefertigt was die Kosten pro Stück für Kleinund Mittelserien bei höchster Reproduzierbarkeit stark senkt In einem Zusammenschluss aus drei Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft haben wir es geschafft für CMUTs und PMUTs Technologieplattformen in Frequenzbereichen von rund 20 Hz bis 20 MHz für die Forschung und Entwicklung kundenspezifischer Schallund Ultra schallsysteme zu etablieren « Alles spricht also dafür dass die PMUTs und die CMUTs für einen gewaltigen Fortschritt im Sektor der Ultraschallgeräte und der Diagnostik sorgen werden Die nächste Revolution mit Ultraschall plus Laser Doch sie könnten künftig auch den Weg für eine geradezu revolutionäre neue Technologie öffnen die gerade auf dem Sprung von der Forschung in die praktische Anwendung ist und ganz neue Diagnoseverfahren auf Basis einer nichtinvasiven und für den Patienten schonenden Technik möglich macht Dahinter steht das deutsche Startup-Unternehmen iThera Das neue Verfahren der Münchner beruht auf dem photoakustischen Effekt Hier werden Lasertechnik und Ultraschalltechnik kombiniert Ein Laser sendet Lichtpulse im Bereich von Nanosekunden auf das zu untersuchende Gewebe Dort wo das Licht vom Gewebe absorbiert wird findet eine thermoelastische Expansion statt aufgrund derer eine sphärische Ultraschallwelle entsteht die durch das Gewebe zum Detektor propagiert Oder kurz formuliert »Licht rein Ultraschall raus « Daraus rekon - struiert das Gerät ein Bild mit optischem Kontrast das es erlaubt verschiedene Krankheitsprozesse zu erkennen und Diagnosen zu stellen Multispektrale optoakustische Tomografie MSOT nennt iThera dieses Verfahren Diagnosen frühzeitig nichtinvasiv und in Echtzeit »Im Unterschied zu etablierten bildgebenden Verfahren können auf Basis des optischen Kontrasts erstmals anatomische funktionale und molekuläre Gewebeinformationen hochaufgelöst in mehreren Zentimetern Tiefe dargestellt werden Das ermöglicht es Ärzten Diagnosen frühzeitig nichtinvasiv und in Echtzeit zu erstellen beispielsweise bei entzündlichen fibrotischen kardiovaskulären und Tumorerkrankungen« erklärt Christian Wiest Allerdings handelt es sich bei den Detektoren in den Geräten derzeit um speziell angefertigte Typen »Die Entwicklung von PMUTs oder CMUTs ist für uns aufgrund der hohen Einmalkosten eine Herausforderung« sagt Christian Wiest CEO und Mitgründer von iThera Medical Was nicht heißt dass er sich nicht vorstellen könnte später einmal Arrays einzusetzen die auf PMUTs oder CMUTs basieren Mit dem Fraunhofer ENAS besteht bereits eine Zusammenarbeit mit dem Ziel PMUTs oder CMUTs mit integrierten Vorverstärkern zu entwickeln Besonders schön wäre es wenn die Transducer auch noch lichtdurchlässig wären »Dann könnten wir mit den Lasern durch sie hindurch leuchten und müssten nicht auf seitliche Beleuchtung ausweichen« sagt Christian Wiest Vor allem aber wäre es eine Möglichkeit die Kosten für die Geräte weiter zu senken den erreichbaren Markt zu erweitern – und neue Einsatzgebiete zu erschließen Fazit Leonard McCoys Tricorder haben wir zwar noch nicht ganz aber PMUTs und CMUTs bringen uns auf dem Weg dorthin ein gutes Stück weiter ha ■ Erst im Herbst vergangenen Jahres hatte Exo Imaging ihr neues Ultraschallsystem »Exo Iris« auf den Markt gebracht Es basiert auf einem Sensor-Array auf dem 4096 PMUTs integriert sind Bild Exo Im aging