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Projekt
Räumliche Positionierung und funktionelle Manipulation von tropfenbasierten Systemen
Fachliche Zuordnung
Mikrosysteme
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424615891
Die Aktuierung von Flüssigkeiten ist in den letzten Jahrzehnten in den Focus der Mikrosystemtechnik gerückt. Aktuierungskonzepte wie z.B. Membranen oder Mikroturbinen wurden durch Konzepte ersetzt, die auf elektrostatischen Feldeffekten beruhen. Dabei ist die Aktuierung von zumeist Tropfen bisher auf einen 1D- (Elektrokapillarität) oder 2D-Ansatz (EWOD, digitale Mikrofluidik) beschränkt. Basierend auf den Ergebnissen zur Tröpfchenmanipulation in der ersten Förderphase wird die elektrostatisch getriebene Optofluidik nun in die dritte Raumrichtung erweitert. Die räumliche Anordnung der Elektroden ermöglicht eine Kontrolle von Ort und Form von Tröpfchen. Als Demonstrator wird ein frei konfigurierbares optisches Array mit der Grundfunktion eines anamorphotischen Zooms angestrebt. Dieses besteht aus gestapelten Multielektroden-Arrays, um Tröpfchen durch einen 3D-Rahmen mit stabilen Ruhepositionen zu bewegen, vergleichbar mit einem Hochregallager. Die größte Herausforderung stellt hierbei die unabhängige Bewegung der Tröpfchen in allen Raumrichtung innerhalb und zwischen den Ebenen dar. Dies erfordert eine geeignete Anordnung kooperativer elektrostatischer Aktoren. Die Wechselwirkung zwischen den Elektroden ermöglicht es, die Form jedes Tröpfchens durch differentielle elektrische Felder individuell zu beeinflussen. Dadurch lassen sich optische Anwendungen, wie z. B. gekreuzte optische Achsen, die eine dynamische Umformung mehrerer Flüssiglinsen benötigen, untersuchen. Wegen der ausgefeilten Feldverläufe innerhalb des vorgeschlagenen 3D-Aktors und dessen komplexer Geometrie, die zu herausfordernden Berechnungen der Oberflächenenergie führen, ist klassische White-Box Modellierung für das geplante System nicht anwendbar. Daher wird ein neuartiger Identifikationsalgorithmus erarbeitet, der iterativ die Systemtopologie gemeinsam mit den Systemparametern aus Messdaten ableitet. Das Ergebnis wird ein differentiell flaches Systemmodell sein, sodass eine Regelung durch exakte Linearisierung verwendet werden kann. Dieses Projekt wird den Einsatz von Flüssiglinsen in Anwendungen, die mehrere hochgradig anpassbare Linsen benötigen, ermöglichen. Durch die Fertigung eines hochregalartigen opto-fludischen Mikroaktors und die Untersuchung der besonderen Kopplungseffekte und Eigenschaften von Tröpfen auf Netzen von Kavitäten wird eine Testplattform für Optofluidik geschaffen. Durch die Nutzung fortschrittlicher Methoden der Regelungstechnik, die im Projekt erarbeitet werden, wird die Leistungsfähigkeit in optofluidischen Anwendungen gesteigert und deren Einsetzbarkeit auf Bereiche erweitert, die hohe dynamische Anforderungen haben wie z. B. Tracking oder LIDAR.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
