Các máy bơm và van thu nhỏ dựa vào chuyển động của màng silicon đàn hồi điện môi đang được tạo ra tại Saarland, Đức. Những thiết bị này không chỉ nhẹ, nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng mà còn hoạt động mà không cần khí nén, động cơ hoặc chất bôi trơn. Chúng tương thích với phòng sạch và có thể được kiểm soát liên tục trong khi vận hành.
Các máy bơm và van đang được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Stefan Seelecke và Paul Motzki tại Đại học Saarland và Trung tâm Công nghệ Cơ điện tử và Tự động hóa (ZeMA) đứng đầu, hoạt động hoàn toàn không cần động cơ bên ngoài—và tiêu thụ ít năng lượng trong quá trình này. Nhóm nghiên cứu đang giới thiệu nguyên mẫu máy bơm chân không dạng màng mới nhất của mình tại Hannover Messe năm nay từ ngày 31 tháng 3 đến ngày 4 tháng 4. Nghiên cứu sinh Tiến sĩ Carmen Perri (Ảnh) đang tiến hành nghiên cứu về máy bơm và van thông minh được làm từ màng silicon siêu mỏng. Tín dụng: Oliver Dietze
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Stefan Seelecke và Paul Motzki từ Đại học Saarland dẫn đầu sẽ trưng bày một mẫu máy bơm chân không dạng màng tại Hannover Messe năm nay từ ngày 31 tháng 3 đến ngày 4 tháng 4. Công nghệ nhẹ, tiết kiệm năng lượng của họ có thể kéo chân không xuống tới áp suất 300 milibar (30% áp suất khí quyển tiêu chuẩn).
Công nghệ chân không có ở khắp mọi nơi, từ máy hút chân không gia đình dùng để giữ thực phẩm tươi lâu hơn cho đến bộ trợ lực phanh dùng trong ô tô. Hệ thống chân không đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực y tế (hệ thống hút phẫu thuật), trong các ngành dược phẩm, công nghệ sinh học và thực phẩm (sấy đông, chưng cất, v.v.) và trong chế biến công nghiệp (máy kẹp rô bốt phân loại sản phẩm trên băng chuyền). Để tạo ra chân không theo cách thông thường, người ta phải sử dụng máy bơm chân không chạy bằng động cơ. Nhưng ngoài việc tiêu thụ nhiều năng lượng, những máy bơm này thường cồng kềnh và ồn ào, cần được bảo dưỡng và bôi trơn, điều này thường khó thực hiện trong phòng sạch hoặc môi trường vô trùng.
Các máy bơm và van đang được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Stefan Seelecke và Paul Motzki tại Đại học Saarland và Trung tâm Công nghệ Cơ điện tử và Tự động hóa (ZeMA) đứng đầu, hoạt động hoàn toàn không cần động cơ bên ngoài—và tiêu thụ ít năng lượng trong quá trình này. Cốt lõi của các thiết bị này là các màng silicon mỏng có thể di chuyển chỉ bằng cách áp dụng một điện áp nhỏ.
"Công nghệ của chúng tôi có hiệu quả về mặt chi phí sản xuất. Và vì các thành phần nhẹ nên chúng tôi tiết kiệm được không gian và trọng lượng, nghĩa là các máy bơm và van mà chúng tôi đang phát triển tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các thiết bị tương đương sử dụng công nghệ thông thường. So với van điện từ khí nén có bán trên thị trường, tức là van được điều khiển bằng nam châm điện, chúng tôi có thể điều khiển cùng một van bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn 400 lần", Paul Motzki, Giáo sư về Hệ thống vật liệu thông minh cho sản xuất sáng tạo tại Đại học Saarland và Giám đốc khoa học/Tổng giám đốc điều hành tại ZeMA gGmbH giải thích.
Và công nghệ Saarbrücken có thể được sản xuất mà không cần vật liệu đắt tiền hoặc khó tìm như đồng hoặc các nguyên tố đất hiếm. Một lợi thế khác là giảm tiếng ồn, với máy bơm dạng màng êm hơn đáng kể so với máy bơm chạy bằng máy nén thông thường.
Bản thân lớp màng silicon chỉ dày khoảng một phần hai mươi milimét và các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát chuyển động của những lớp màng siêu mỏng này rất chính xác. Điều này là do một lớp dẫn điện cực kỳ linh hoạt được in vào mỗi mặt của lớp màng để tạo ra thứ được gọi là chất đàn hồi điện môi. Nếu các kỹ sư áp dụng điện áp vào lớp màng đàn hồi, các lớp dẫn điện sẽ hút nhau, nén polyme và khiến nó giãn nở sang một bên, do đó làm tăng diện tích bề mặt của nó.
Paul Motzki giải thích: "Chúng tôi đang sử dụng các chất đàn hồi điện môi này để phát triển các hệ thống truyền động mới không cần phải trang bị thêm cảm biến".
Tín dụng: Đại học Saarland
Bằng cách thay đổi điện trường được áp dụng, các nhà nghiên cứu có thể làm cho màng đàn hồi thực hiện các chuyển động uốn cong liên tục hoặc làm cho nó dao động hoặc uốn cong ở một số tần số cần thiết. Hoặc họ có thể giữ màng ở một vị trí cố định cụ thể mà không cần cung cấp năng lượng liên tục.
Motzki cho biết: "Những màng đàn hồi điện môi này có khả năng tự cảm biến và hoạt động như cảm biến vị trí của chính chúng".
Giá trị điện dung chính xác có thể được gán cho mỗi biến dạng hoặc thay đổi vị trí của màng. Ngay cả chuyển động nhỏ nhất của màng cũng dẫn đến thay đổi điện dung. Sử dụng các giá trị điện dung này, các kỹ sư có thể định lượng chính xác biến dạng không gian của màng.
Bằng cách kết hợp dữ liệu điện dung và máy học dựa trên AI, nhóm nghiên cứu đã phát triển một đơn vị điều khiển có thể dự đoán và lập trình các chuỗi chuyển động và do đó kiểm soát chính xác cách màng đàn hồi biến dạng. Bằng cách kết hợp các bộ truyền động đàn hồi điện môi này vào thiết bị được thiết kế phù hợp, nhóm nghiên cứu có thể tạo ra các máy bơm không động cơ có thể hút chân không, các van có thể cung cấp lượng chất lỏng chính xác hoặc các thành phần có thể hoạt động như công tắc vô cấp.
Dữ liệu điện dung cũng cho biết nếu có thứ gì đó không hoạt động như mong đợi, ví dụ như nếu chân không quá nhỏ hoặc nếu có vật lạ chặn van hoặc máy bơm. Các máy bơm và van dạng màng này có khả năng tự cảm biến, nghĩa là chúng có thể tự giám sát tình trạng của mình và báo cáo lại vị trí xảy ra sự cố. Khi sự cố phát sinh với các máy bơm và van thông thường trong các nhà máy công nghiệp quy mô lớn, việc khắc phục sự cố thường phức tạp hơn đáng kể.
Nhóm Saarbrücken sẽ tham gia triển lãm tại Hannover Messe năm nay, nơi họ sẽ trình diễn nguyên mẫu mới nhất của máy bơm chân không dạng màng, có thể tạo ra chân không 300 milibar (khoảng 30% áp suất khí quyển tiêu chuẩn).
Giáo sư Motzki cho biết: "Công nghệ của chúng tôi có khả năng mở rộng. Chúng tôi có thể tăng áp suất và lưu lượng thể tích bằng cách kết nối bộ truyền động và buồng bơm song song, nối tiếp hoặc kết hợp cả hai".
Để giúp du khách đến hội chợ hình dung công nghệ cơ bản, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình trình diễn, trong đó màng elastomer điện môi tạo ra chân không bên trong một chiếc bình thủy tinh. Khi áp suất trong bình giảm, du khách có thể quan sát quả bóng "phình to" lên về kích thước—một cuộc trình diễn thử nghiệm mà nhiều người có thể nhớ từ lớp vật lý ở trường. Khi không khí bị hút ra khỏi quả bóng, các phân tử không khí trong quả bóng có nhiều không gian hơn để giãn nở và quả bóng tăng kích thước—ngoại trừ trường hợp này, tất cả diễn ra mà không có máy nén ồn ào chạy ở chế độ nền.
Các kỹ sư Saarbrücken có thể kết hợp công nghệ bơm và van của họ vào nhiều thiết kế thiết bị khác nhau. Công nghệ này mạnh mẽ và phù hợp để sản xuất hàng loạt và có thể được phát triển thành các sản phẩm có thể bán được trong vòng vài năm. Trong thời gian ở Hannover Messe, nhóm sẽ tìm kiếm sự hợp tác với các đối tác thương mại quan tâm
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
