DECMAS - Dielectric Elastomer Membranes for Cooperative Micro-Actuator/Sensor Concepts

Le projet DECMAS est financé par la Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) et fait partie du programme prioritaire DFG SPP 2206 KOMMMA. Des concepts d'actionneurs diélectriques nouveaux, miniaturisés et coopératifs sont explorés.

Le projet est une collaboration entre la chaire des systèmes de matériaux intelligents sous la direction du professeur Seelecke de l'Université de la Sarre (UdS), le groupe de recherche sur les systèmes à base de polymères adaptatifs sous la direction du professeur Rizzello de l'UdS, et le groupe de recherche sur les capteurs et la technologie des couches minces sous la direction du professeur Schultes de la Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW).

problématique

Les élastomères diélectriques sont de fines feuilles d'élastomère revêtues des deux côtés d'une électrode flexible. Ils combinent des caractéristiques positives telles que la légèreté, le faible coût de fabrication et l'efficacité énergétique. L'utilisation simultanée comme capteur et comme actionneur rend cette technologie particulièrement attrayante. Les applications d'aujourd'hui sont plus susceptibles d'être trouvées dans le domaine macroscopique. L'évolution vers des concepts miniaturisés est donc l'objectif de ce projet et comporte en même temps quelques défis.
L’interaction et la coopération entre les actionneurs ou capteurs DE voisins, qui se rapprochent de plus en plus, n’ont pas encore été étudiées. En outre, de nouveaux concepts de conception, des procédés de fabrication, ainsi qu'une électronique spécialement adaptée aux petits actionneurs doivent être développés. L'électrode elle-même doit également être adaptée au processus de miniaturisation.

Objectif

L'objectif du projet est de poursuivre la miniaturisation des concepts d'actionneurs diélectriques et de comprendre et résoudre les problèmes rencontrés. En commençant par la recherche dans le domaine macroscopique, l'objectif est de réduire progressivement les composants correspondants au millimètre. À la fin du projet, un démonstrateur technologique sera créé, montrant un tableau d'actionneurs et de capteurs DE miniaturisés et coopérants.

Procédure à suivre

Au total, 3 groupes de recherche de HTW (AG Schultes) et UdS (AG Seelecke, AG Rizzello) travaillent ensemble à la réalisation de ce projet. Les simulations assistées par ordinateur basées sur des modèles et FEM (AG Rizzello) sont utilisées pour comprendre, visualiser et optimiser les processus électromécaniques des tableaux d'actionneurs DE. De plus, l'interaction entre les points du tableau adjacents peut être explorée par simulation. Les connaissances ainsi acquises alimentent l'optimisation de la conception et l'élaboration de solutions pour d'éventuels prototypes. De plus, des algorithmes d'auto-détection et de contrôle des actionneurs sont développés dans ce module de travail.
Le groupe de travail Seelecke travaille en parallèle sur la mise en œuvre pratique du tableau DEA dans le cadre du deuxième lot de travail. L'objectif est de développer un système global fonctionnel dans lequel tous les aspects tels que la fabrication, la construction, le contact, la commande, etc. doivent être coordonnés. Les connaissances ainsi acquises sont directement intégrées dans les simulations du premier lot de travail, ce qui permet de faire de meilleures prévisions pour d'autres itérations.
Le troisième module de travail explore le développement de nouvelles électrodes extensibles métalliques qui doivent encore présenter de bonnes propriétés électromécaniques, même après plusieurs millions de cycles. Les couches minces métalliques, qui sont pulvérisées sur un film de silicone précontraint, sont au centre du travail. À l'aide d'un laser, il faut ensuite découper presque n'importe quelle géométrie d'électrode. La liberté de conception ainsi obtenue joue un rôle décisif dans le processus de minaturation et d'optimisation.

Résultats/état d'avancement du projet

Le projet, d’une durée de 3 ans, s’achèvera à l’automne 2022. Les trois groupes de travail travaillent en parallèle sur leurs modules de travail. Une coordination et une synchronisation étroites des activités de recherche garantissent un progrès maximal. Les premiers concepts sont actuellement en phase de réalisation. Les démonstrateurs macroscopiques et les tableaux sont déjà fabriqués et caractérisés.

Traitement du projet: Sipontina Croce (AG Rizzello); Julian Neu (AG Seelecke); Jonas Hubertus (AG Schultes)
Direction du projet: Professeur Gianluca Rizzello
Durée: 01.10.2019 – 30.09.2022
Financé par: DFG