Menghemat bahan bakar jet dengan strip sensor fleksibel

Penerbangan sipil berkomitmen untuk membuat kemajuan di jalan menuju masa depan yang netral iklim. Untuk membuat pesawat saat ini dan masa depan lebih hemat energi dan menggunakan lebih sedikit bahan bakar jet, industri membutuhkan data yang dapat diandalkan tentang daya tahan material dan aerodinamika dalam penerbangan yang sebenarnya. Para peneliti di Fraunhofer IZM bekerja atas nama Airbus Central C&T untuk menunjukkan bagaimana sensor dapat diintegrasikan di kulit terluar badan pesawat untuk mencapai pengukuran yang kuat dan andal bahkan dalam kondisi sulit di udara.

Dunia global saat ini tidak dapat berfungsi tanpa penerbangan, tetapi dampak industri terhadap iklim dunia tidak boleh diabaikan. Mendamaikan kebutuhan perjalanan dan pengangkutan barang dengan visi masa depan yang berkelanjutan berarti mengurangi kehausan pesawat akan bahan bakar dan meningkatkan efisiensi energinya. Teknologi inovatif adalah kuncinya di sini: Bahan yang lebih ringan, tahan lama, dan aerodinamis yang dioptimalkan hanyalah dua kemungkinan contoh potensi “hijau” yang dimanfaatkan.

Tetapi mewujudkan kebutuhan potensial mereka yang sebenarnya adalah pengukuran andal yang dapat memberikan wawasan tentang bagaimana perilaku berbagai bahan dan bagaimana tekanan memengaruhi mereka hingga skala nanometer. Di sinilah para peneliti dari Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM di Berlin memasuki celah dengan kulit sensor baru yang dapat direntangkan di atas sayap pesawat untuk menangkap dan memproses data secara real time.

Dalam penelitian mereka, mereka memusatkan perhatian pada bahan yang digunakan untuk melapisi sebagian besar badan pesawat: poliuretan termoplastik atau TPU. Tim bekerja untuk mengintegrasikan komponen elektronik seperti sistem sensor ke dalam strip TPU untuk diuji dalam berbagai jenis kondisi. Dalam aplikasi akhirnya di dunia nyata, kulit sensor ini dapat mengukur suhu, tekanan udara, atau getaran di sayap.

Salah satu faktor penting yang perlu diketahui sebelumnya adalah seberapa tangguh strip ketika terkena bahan kimia yang berbeda seperti bahan penghilang es atau bahan bakar jet. Kulit sensor penuh dapat memberi pabrikan pesawat kumpulan data penting yang terperinci yang dapat memberi tahu mereka lebih banyak tentang bagaimana bahan tersebut menurun dari waktu ke waktu. Dengan melacak parameter lingkungan dan hambatan aliran secara real time selama penerbangan, mereka juga dapat mengoptimalkan konsumsi bahan bakar pesawat mereka.

Meskipun tim Fraunhofer dapat memanfaatkan keahlian institut yang sudah mapan dalam perakitan dan interkoneksi elektronik yang dapat direntangkan, bukanlah tugas yang mudah untuk menyiapkan sensor miniatur yang terintegrasi dalam TPU untuk aplikasi aeronautika. TPU awalnya hadir sebagai film yang lembut dan floppy, yang membuat penanganan menjadi rumit dan menimbulkan risiko kerusakan pada komponen sensitif atau kulit itu sendiri. Paling tidak karena alasan berat, seluruh kulit harus tetap sangat tipis sekitar 200 µm, tetapi tetap merupakan sistem kerja yang fungsional.

Sebagai langkah pertama, bahan dikarakterisasi, yaitu parameter yang relevan seperti elastisitas atau pemuaiannya saat terkena panas harus diketahui. Data ini kemudian digunakan untuk simulasi lebih lanjut untuk mengidentifikasi titik lemah spesifik dan memprediksi daya tahan material saat mengalami tekanan mekanis atau termomekanis. Dengan semua wawasan ini, parameter pemrosesan yang ideal, seperti panas atau tekanan, untuk melaminasi kulit dan menyolder komponen dapat ditetapkan.

Sirkuit elektronik pada modul sensor yang dapat diregangkan dibuat dengan menggunakan litografi dan etsa, seperti yang biasa digunakan dalam produksi papan sirkuit. Setelah komponen dipasang dan disolder pada tempatnya, tim di sekitar Dr Stefan Wagner dan Joao Alves Marques menggunakan dua proses khusus untuk melindungi sistem dari kekuatan luar: Yang disebut glob tops, juga terbuat dari poliuretan, diaplikasikan dan dikeraskan untuk menutup .komponen mikroelektronika.

Metode perakitan flip-chip juga digunakan untuk menyematkan chip yang sangat tipis langsung ke bahan substrat. Salah satu keuntungan pasti dari teknologi dan material yang dipilih adalah fleksibilitas TPU sebagai substrat dengan modul sensor terintegrasi, yang penting untuk digunakan dalam penerbangan. Substrat yang lentur terlipat mulus di atas sayap dan melindungi elektronik pada saat yang bersamaan.

Setelah strip percobaan berhasil diuji tanggapannya terhadap pengaruh mekanis dan kimia yang berbeda oleh mitra industri Airbus Central C&T, pintu tampaknya terbuka untuk proyek lanjutan. Salah satu rencananya adalah menggunakan teknologi perakitan dan interkoneksi untuk mengintegrasikan sensor tidak hanya dalam strip tunggal, tetapi dalam modul planar dengan luas permukaan hingga 60 cm x 60 cm.

Memasukkan seluruh elektronik pemrosesan data dalam tikar TPU semacam itu juga akan menjadi pilihan yang menarik untuk menjaga agar seluruh elektronik dalam penerbangan tetap otonom. Ini akan memungkinkan data dikumpulkan secara independen dari sumber daya pesawat itu sendiri dan dibagikan secara nirkabel melalui radio atau Bluetooth.

Disediakan oleh Fraunhofer-Institut untuk Zuverlässigkeit dan Mikrointegrasi IZM