Siekiant gaminti kompaktiškus, tačiau kuo funkcionalesnius, greitesnius ir tikslesnius prietaisus reikia vis mažesnių komponentų ir svarbiausia – mikrosistemų. KTU mokslininkai sėkmingai kuria tokias sistemas ir pasiūlė pirmąjį Lietuvoje mikrovariklį, tiksliau pirštų atspaudus nuskaitančias, iš molekulių medžiagas atpažįstančias ir kitas pažangias technologijas.
Nuo gremėzdiškų skaičiavimo mašinų perėjome prie nešiojamųjų kompiuterių, beveik neliko telefonų rėmelių (svarbiausia – ekranas), vis mažesni prietaisai naudojami ir aviacijoje, medicinoje, optikoje bei kitose srityse. Siekiant gaminti kompaktiškus, tačiau kuo funkcionalesnius, greitesnius ir tikslesnius prietaisus reikia vis mažesnių komponentų ir svarbiausia – mikrosistemų. Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai sėkmingai kuria tokias sistemas ir pasiūlė pirmąjį Lietuvoje mikrovariklį, tiksliau pirštų atspaudus nuskaitančias, iš molekulių medžiagas atpažįstančias ir kitas pažangias technologijas.
„Mechanikos mokslai yra vieni seniausių, jų ištakos siekia Aristotelio laikus. Atrodytų, jau viskas ištirta, tačiau iš tiesų mikromechanikoje dar yra ką veikti“, – sako KTU mokslininkas, Lietuvos mokslų akademijos narys prof. Vytautas Ostaševičius.
Profesorius Vytautas Ostaševičius. Dr. Rolano Daukševičiaus nuotr.
Jis vienas pirmųjų Lietuvoje kartu su kolegomis ėmėsi mikromechaninių sistemų dinamikos mokslo darbų. Įprastai tokių sistemų komponentų matmenys yra nuo mikrometro iki milimetro. Jos realizuojamos specialiose itin steriliose gamybinėse patalpose – švariuosiuose kambariuose (angl. clean rooms). Mikrosistemų viduje dažniausiai rasime judančias mikromechanines konstrukcijas ar stacionarias mikrostruktūras, kurios vienokiu ar kitokiu būdu sąveikauja su elektrostatiniu, magnetiniu ar šiluminiu lauku, skysčiais, dujomis ar šviesa. Daugelis mikrosistemų formuojamos kaip mikrogembės – tai tamprios mikrokonstrukcijos, kurių vienas galas įtvirtintas, o kitas laisvas.
„Mikrosistemos gali būti taikomos tiriant medžiagas: ant jų perkėlus nežinomos medžiagos daleles, pasikeičia mikrogembės virpesių dažnis – pagal šį pokytį galima nustatyti, kokia tai medžiaga, – pasakoja prof. V. Ostaševičius. – Panašiu principu galima kurti naujas medžiagas, atpažinti ląsteles, įskaitant vėžines.“
KTU mokslininkai sukūrė ir ištyrė matematinius modelius, kurie leido įvertinti, kaip veikiami išorinių žemo dažnio virpesių keičiasi skysčio parametrai ir eritrocitų pratekėjimas kapiliarais. Gauti rezultatai svarbūs vibracinės terapijos metodu gydant kraujotakos ligas, jais remiantis jau sukurti ir patentuoti žmogaus galūnių aktyvinimo įrenginiai. Kitas šių mokslininkų išradimas – elektromechaninis variklis – padeda slopinti Parkinsono ligą, rankų drebėjimą kamuojant tremorui.
Pastaraisiais metais didelis dėmesys skiriamas itin patikimam asmens tapatybės nustatymui naudojant unikalius žmogaus piršto atspaudo, akies rainelės ar veido bruožus. Šiam tikslui kuriami biometriniai skaitytuvai, kurie diegiami daugelyje sričių – nuo pirštų atspaudų jutiklių išmaniuosiuose telefonuose iki specializuotų prietaisų, naudojamų kriminalistikoje. KTU mokslininkai kartu su tarptautiniais partneriais „CEA-Leti“ (Prancūzija), „Fraunhofer IAF“ (Vokietija), „TNI/Tyndall-UCC“ (Airija), „Safran Morpho“ (Prancūzija) ir kitais prisidėjo kuriant naujos kartos itin tikslią pirštų atspaudų nuskaitymo technologiją. Mokslininkų idėja – panaudojus polimere patalpintų ir ant silicio mikroschemos suformuotų pjezoelektrinių mikrogembių matricą, piršto spaudimo jėgos sukeliamas deformacijas paversti elektriniais signalais.
„Tikimasi, kad ši biometrinė technologija ateityje leis bent 10 kartų tiksliau nei dabar atkurti piršto reljefą, bus ženkliai patikimesnė ir kompaktiškesnė – jutiklio storis nesieks 1 mm“, – prognozuoja profesorius.
Nors pastaruosius du dešimtmečius mikrosistemos sėkmingai plėtojamos, iki šiol nesukurta pakankamai efektyviai veikiančių miniatiūrinių elektros energijos šaltinių, kurie galėtų pakeisti tradicines elektrochemines baterijas, kurios neatitinka ilgaamžiškumo ir ekologiškumo reikalavimų. Perspektyvus šios problemos sprendimo būdas siejamas su energijos surinkimo (angl. energy harvesting) principu veikiančiais vibraciniais energijos šaltiniais, kurie kinetinę energiją verčia elektros energija naudojant įvairių technologinių, inžinerinių ar transporto sistemų sukeliamus virpesius. KTU mokslininkai nusprendė sukurti ir ištirti adaptyvius pjezoelektrinius vibracinius generatorius, kurie dėl racionaliai pritaikytų netiesinės mechanikos principų veikia itin efektyviai esant realioms eksploatavimo sąlygoms. Mokslininkų pasiūlytos originalios vibrosmūginės konstrukcijos leidžia pasiekti aukštą generuojamą galią esant kintančioms vibracinio sužadinimo sąlygoms. Nors šioje srityje atlikti svarbūs tyrimai, gauti reikšmingi rezultatai, pjezoelektrinių vibracinių generatorių komercinimo dar teks palaukti. Viso pasaulio mokslininkai intensyviai dirba siekdami realizuoti tokius generatorius, kurie turėtų sunkiai tarpusavyje derančias savybes, tokias kaip itin aukštas veikimo efektyvumas, kompaktiška konstrukcija, nedideli gamybos kaštai ir atitikimas nuolat griežtėjantiems aplinkosaugos reikalavimams.
Mikroelektromechaninių sistemų kūrimą sunkina maži matmenys ir tai, kad fizikinių procesų sąveika kinta laike. Šių dinaminių „multifizikinių“ procesų tyrimai sudėtingi, juos atliekant būtina susieti mechanikos, elektrotechnikos, medžiagų mokslo, matavimų inžinerijos ir optikos teorijas.
