Onderzoekers hebben een rekbare, flexibele patch die het gemakkelijker zou kunnen maken om ultrasone beeldvorming uit te voeren op vreemd gevormde structuren, zoals motoronderdelen, turbines, bochten van reactorpijpen en spoorlijnen - objecten die moeilijk te onderzoeken zijn met conventionele ultrasone apparatuur.

De ultrasone patch is een veelzijdig en handig hulpmiddel om machine- en bouwonderdelen diep onder het oppervlak te inspecteren op defecten en schade. Een team van onderzoekers onder leiding van ingenieurs van de University of California San Diego publiceerde de studie in het nummer van 23 maart van: wetenschappelijke vooruitgang .

Het nieuwe apparaat overwint een beperking van de huidige ultrasone apparaten, die moeilijk te gebruiken zijn op objecten die geen perfect vlakke oppervlakken hebben. Conventionele ultrasone sondes hebben een vlakke en stijve basis, die geen goed contact kan houden bij het scannen over gebogen, golvend, schuine en andere onregelmatige oppervlakken. Dat is een behoorlijke beperking, zei Sheng Xu, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en de corresponderende auteur van de studie. "Niet-vlakke oppervlakken komen veel voor in het dagelijks leven, " hij zei.

"ellebogen, hoeken en andere structurele details zijn de meest kritieke gebieden in termen van falen - het zijn gebieden met hoge spanning, " zei Francesco Lanza di Scalea, een professor in structurele engineering aan UC San Diego en co-auteur van de studie. "Conventioneel stijf, platte sondes zijn niet ideaal voor het in beeld brengen van interne onvolkomenheden in deze gebieden."

Gel, olie of water wordt meestal gebruikt om een ​​beter contact te maken tussen de sonde en het oppervlak van het object dat wordt onderzocht. Maar te veel van deze stoffen kunnen sommige signalen filteren. Conventionele ultrasone sondes zijn ook omvangrijk, waardoor ze onpraktisch zijn voor het inspecteren van moeilijk toegankelijke onderdelen.

"Als een automotor een scheur heeft op een moeilijk bereikbare plaats, een inspecteur moet de hele motor uit elkaar halen en de onderdelen in water onderdompelen om een ​​volledig 3D-beeld te krijgen, ' zei Xu.

Nutsvoorzieningen, een door UC San Diego geleid team heeft een zachte ultrasone sonde ontwikkeld die kan werken op vreemd gevormde oppervlakken zonder water, gel of olie.

De sonde is een dunne patch van siliconenelastomeer met een patroon met een zogenaamde "eilandbrug" -structuur. Dit is in wezen een reeks kleine elektronische onderdelen (eilanden) die elk zijn verbonden door veerachtige structuren (bruggen). De eilanden bevatten elektroden en apparaten die piëzo-elektrische transducers worden genoemd, die ultrasone golven produceren wanneer elektriciteit er doorheen gaat. De bruggen zijn veervormige koperdraden die kunnen rekken en buigen, waardoor de patch zich kan aanpassen aan niet-vlakke oppervlakken zonder de elektronische functies in gevaar te brengen.

Onderzoekers testten het apparaat op een aluminium blok met een golvend oppervlak. Het blok bevatte defecten van twee tot zes centimeter onder het oppervlak. Onderzoekers plaatsten de sonde op verschillende plekken op het golvende oppervlak, verzamelde gegevens en reconstrueerde vervolgens de afbeeldingen met behulp van een aangepast gegevensverwerkingsalgoritme. De sonde kon de 2 millimeter brede gaten en scheuren in het blok in beeld brengen.

"Het zou mooi zijn om deze ultrasone sonde op een motor te kunnen plakken, vliegtuigvleugel of verschillende delen van een brug om continu te controleren op eventuele scheuren, " zei Hongjie Hu, een materiaalkunde en engineering Ph.D. student aan UC San Diego en co-eerste auteur van de studie.

Het apparaat bevindt zich nog in de proof-of-concept-fase. Het biedt nog geen realtime beeldvorming. Het moet ook worden aangesloten op een stroombron en een computer om gegevens te verwerken. "In de toekomst, we hopen zowel stroom als een gegevensverwerkingsfunctie te integreren in de zachte ultrasone sonde om draadloos, real-time beeldvorming en video-opname, ' zei Xu.