Über Fluctomation

Fluctomation ist ein Start-up Projekt in der Seed-Phase an der Hochschule Rhein-Waal, das aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen von "START-UP-Hochschul-Ausgründungen" gefördert wurde.

Ziel des Projekts ist die Vorbereitung eines universitären Spin-offs auf der Grundlage der Forschungsarbeit von Dr. Claudio Abels. Unterstützt wird das Projekt von einem multidisziplinären Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Beratern der Hochschule Rhein-Waal und des Center of Biomolecular Nanotechnologies des Italian Institute of Technology. Das wissenschaftliche Ergebnis dieser internationalen Zusammenarbeit ist ein innovativer und miniaturisierter Strömungssensor, der die in Fischen vorkommenden Seitenlinienorgane funktional nachbildet.

Um die Fähigkeiten heutiger Strömungsmessungen in den Bereichen Industrieautomation und Robotik zu verbessern, können zukünftige Maschinen mit einer großen Anzahl von miniaturisierten Strömungssensoren ausgestattet werden, die über die Oberfläche verteilt sind. Dicht gepackte Sensorarrays können eine hochauflösende Messung der umgebenden Luft- oder Wasserströmung, in verschiedenen anderen Medien wie Öl und unter rauen Strömungsbedingungen wie in heißen Flüssigkeiten ermöglichen. Das Hauptmerkmal unserer technischen Lösung liegt in der Systemintegration von unseren patentierten, mikroskopisch kleinen Haarsensoren mit Niederspannungselektronik und Signalverarbeitung zu einem echtzeitfähigen Messgerät, das einen Multiparameter "Ferntastsinn" innerhalb eindimensionaler Rohre, auf zweidimensionalen Oberflächen sowie um und in dreidimensionalen Objekten ermöglicht.

Aktuelles

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Technologieüberblick

Wir extrahieren Informationen über Strömungsrichtung und Geschwindigkeit aus Strömungsschwankungen.

Sensorkomponente

Wie beim biologischen Vorbild des Seitenlinienorgans von Fischen basiert unser künstlicher Ferntastsinn auf mikroskaligen Haarsensoren, die auf Fluktuationen in der Strömung reagieren und Fluidbewegungen in den ersten zwei Millimetern von der Oberfläche erfassen, der sogenannten Grenzschicht. Die sensorische Komponente ist ein Dehnungsmessstreifen, der über die gesamte Oberfläche eines gebogenen Cantilevers verläuft und seinen elektrischen Widerstand ändert, wenn der Cantilever als Reaktion auf die aufgebrachte Kraft abflacht (seine Krümmung verringert sich) oder nach oben rollt (seine Krümmung erhöht sich). In der jetzigen Phase ist der Cantilever nur 2 μm dünn, 100 μm breit und 1,5 mm lang. Der Strömungssensor liefert messbare Spannungsunterschiede proportional zur Verformung des Cantilevers.

Messverfahren

Das fluktuationsbasierte, mechanische Messverfahren hängt von zwei physikalischen Größen ab, um die Strömungsgeschwindigkeit und die lineare Richtung entlang der Cantileverorientierung zu bestimmen: der räumliche Abstand zwischen einzelnen Strömungssensoren im Array und die zeitliche Verzögerung zwischen den Sensorsignalen, die durch die Ausbreitung der Fluktuationen beim Passieren jedes der Sensoren erzeugt werden. Durch die Korrelation mehrerer Sensorsignale werden relevante Informationen über lokale Strömungsgeschwindigkeiten im Array sowie Ausbreitungsgeschwindigkeit, lineare Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entlang der Cantileverorientierung und Periodizität von Fluktuationen gewonnen.

Technische Details

Da beide Größen, Länge und Zeit, nicht von der Temperatur, der Viskosität oder der Dichte des Fluids abhängen, kann unser Messverfahren bei wechselnden Umgebungsbedingungen, in unterschiedlichen Medien und bei schwankenden Temperaturen eingesetzt werden. Die Messgenauigkeit und Performance unseres Messsystems skaliert mit Rechenleistung und ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung dutzender Sensoreinheiten. Die speziell für unsere Haarsensoren entwickelte Messelektronik ist Plug-and-Play kompatibel und kann in vorhandenen Systeme integriert werden. Technologische Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und in der parallelen Datenverarbeitung könnten eine komplexe Strömungsanalyse in zukünftigen eingebetteten Systemen ermöglichen.

Schlüsselmerkmale

Wir arbeiten an Schlüsselfunktionen, um die Möglichkeiten heutiger Strömungsmessung zu verbessern.

Unabhängigkeit
Fluktuationsbasierte Strömungsmessung ist unabhängig von Temperatur, Dichte und Viskosität des Fluids.
Mikroskala
Die Strömungsmessung in Grenzschichten komplexer Strukturen wird durch die geringe Sensorfläche ermöglicht.
Einsatzvielfalt
Unsere Sensoren können sowohl in Rohren, an Oberflächen als auch an und in komplexen Objekten eingesetzt werden.
Sensorempfindlichkeit
Die mechanische Biegefestigkeit unserer Haarsensoren ist auf eine individuelle Empfindlichkeit einstellbar.
Bidirektionalität
Inspiriert vom Seitenlinienorgan ermöglicht unser Design eine bidirektionale Sensorempfindlichkeit.
Integration
Unser Chip-Scale Sensorgehäuse ermöglicht die "Plug-and-Play" Integration in elektronische Messgeräte.
Selbstkalibrierung
In unserem Sensor-Array ist keine Sensorkalibrierung erforderlich. Unsere Software bietet eine Autokalibrierung.
Skalierbarkeit
Die Leistung und Genauigkeit unseres softwarebasierten Sensorsystems skaliert mit Rechenleistung.
Forschung
Wir sind aktiv in Forschung und Entwicklung, wie verschiedene Publikationen in wissenschaftlichen Journalen belegen.

Projekte

Wir haben an verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten gearbeitet.

Echtzeitfähige Multiparameter Strömungsmessungen
Nitrid-basierte Materialien für flexible MEMS-Sensoren in der Robotik
Bidirektionale biomimetische Strömungsmessung mit Haarsensoren
CFD-Simulationen mit bidirektionaler Kopplung zwischen Sensor und Strömung

Teamwork

Wir sind ein multidisziplinäres Team von Wissenschaftlern, Ingenieuren, Business Coaches und externen Beratern.

Dr. Claudio Abels
Tätigkeitsschwerpunkte: Unternehmensentwicklung, Technische Informatik, Mikrosystemtechnik, Projektmanagement
Claudios akademischer Hintergrund liegt in den Bereichen Technische Informatik, Bionik und Mikrosystemtechnik. Zwischen 2004 und 2010 arbeitete Claudio als Softwareentwickler und Projektleiter in verschiedenen Kommunikationsagenturen. Seit 2011 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter der Hochschule Rhein-Waal.
Mathias Kroeger, M.Sc.
Tätigkeitsschwerpunkte: Computational Fluid Dynamics, Finite Elemente Analysen, Produktentwicklung, Qualitätsmanagement
Nach einer Karriere bei der Bundeswehr von 2006 bis 2010 studierte Mathias Energiesystemtechnik und Produktentwicklung im Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Strömungsmechanik. Seit 2015 ist er in der Produktion und Entwicklung von Mikroelektronik- und Elektronikgeräten tätig.

Trainer und Beraterteam

Claudio und Mathias werden vollumfänglich von technischen Beratern, Business Coaches und Unternehmensberatern unterstützt. Unser Hochschulmentor, Prof. Dr. William Megill, arbeitet in der Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaften und Biologie. Sein Forschungsinteresse liegt bei all dem, was unter Wasser vor sich geht, insbesondere in Küsten- und Flusslandschaften. Sein Forschungsteam entwirft und baut Antriebsmaschinen und Sensoren, die in kleine Tauchroboter und Boote integriert werden. Große Unterstützung erfahren wir auch von Heiner Bongertmann, Geschäftsführer der BEStax GmbH, einem erfahrenen Unternehmensberater und Business Coach, der vor allem in wirtschaftlichen und unternehmerischen Fragen berät.

Wir sind sehr dankbar, dass wir drei externe Berater vom Center of Biomolecular Nanotechnologies des Italian Institute of Technology haben. Prof. Massimo De Vittorio ist Direktor des Centers und Professor an der University of Salento. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von neuartigen Technologien, die in Nanophotonik, Nanoelektronik sowie nano- und mikroelektromechanischen Systemen Anwendung finden. Dr. Antonio Qualtieri und Dr. Francesco Rizzi, beide erfahrene Forscher am Center of Biomolecular Nanotechnologies, unterstützen in den Bereichen Materialwissenschaften, Mikrosystemtechnik und Mikrofabrikation im Reinraum. Während Antonio sich auf die praktische Mikrofertigung und Reinraumarbeit konzentriert, hat sich Francesco auf MEMS Design und multiphysikalische Simulationen spezialisiert.

Claudio und Mathias bedanken sich für die administrative Unterstützung durch die Fakultät Technologie und Bionik, die Fakultät Kommunikation und Umwelt und das Zentrum für Forschung, Innovation und Transfer an der Hochschule Rhein-Waal sowie das Business and Financial Analysis Office am Italian Institute of Technology.

Kooperationspartner

Wir arbeiten eng mit Joint-Labs, Forschungsinstitutionen und Mikrosystemherstellern zusammen.

Kontakt

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Dr. Claudio Abels
Tel. +49 2842 90825 624

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