Датчик, разработанный для измерения давления на крыльях космического корабля во время входа в земную атмосферу, используется для создания более безопасных автомобилей.

Проект космического корабля Hermes
Сверхтонкий пьезоэлектрический сенсор
Зуб, покрытый пьезоэлектрическим сенсором

С конца 1970-х в Европе велась разработка многоразового космического корабля Hermes для пилотируемых полетов. Работы были свернуты лишь в начале 1990-х, когда окончательно выяснилось, что запуски его окажутся чересчур дорогостоящими. Однако в процессе было создано немало интересных технологий, которые сегодня находят себе ряд интересных применений.

К примеру, перед разработчиками стояла задача мониторинга давления, которое будут испытывать крылья шаттла при входе в атмосферу. Для этой цели понадобился специальный сенсор, способный выдержать соответствующие перегрузки и температуры, а кроме того, не вносящий искажений в аэродинамику аппарата. Тогда и появилось оригинальное решение — в виде «пьезоэлектрической фольги».

Напомним, что пьезоэлектрические материалы обладают способностью поляризоваться под действием механического напряжения и деформаций — и создавать электрическое напряжение. Тонким слоем пьезоэлектрика и предполагалось покрыть поверхность шаттла — легкий и не нарушающий аэродинамики материал мог стать замечательным средством постоянно следить за деформациями крыла, а тем самым и за действующим на него давлением. Толщина специально разработанной «пьезоэлектрической фольги» не превысила 30 мкм.

Прототипы Hermes, покрытые таким сверхтонким датчиком, проходили испытания в аэродинамической трубе, а после свертывания программы создатели фольги решили адаптировать ее для более приземленных сфер применения.

Одной из них оказалась… стоматология: покрыв «пьезоэлектрической фольгой» зуб, оказалось возможным с высочайшей точностью следить за давлением, которое оказывает на него щетка во время чистки, и разрабатывать более совершенные модели. А в 1995 г. технология привлекла внимание инженеров немецкого автогиганта Volkswagen.

Они обратили внимание на то, что такой датчик будет практически идеален для организации краш-тестов. «Пьезоэлектрическая фольга» не разрушается в момент столкновения автомобиля с препятствием и выдерживает огромные нагрузки, позволяя непрерывно вести мониторинг за давлением на отдельные участки разрабатываемого автомобиля.

Автоинженерам и конструкторам был особенно интересен вопрос о том, какие именно части автомобиля и в какой момент времени деформируются при аварии. Иначе говоря, они хотели буквально по секундам восстановить все происходящее с ним при столкновении. Для этой цели модель автомобиля научились покрывать полосками «пьезоэлектрической фольги», каждая из которых состояла из 50-ти независимых фрагментов-датчиков площадью примерно по 1 см²

. Каждая полоска оканчивалась гибкой микросхемой, соединенной с 50-канальным усилителем сигнала, и лишь затем он отправлялся в следящую за краш-тестом систему.

Это позволило с успехом решить задачу и точно показать момент и степень деформации каждого интересовавшего инженеров участка кузова и внутренних деталей автомобиля. Так что сегодня такая фольга стала постоянным элементом краш-тестов новых моделей VW. Эффект, кажется, налицо: автомобили немецкого концерна неизменно показывают замечательные результаты во всевозможных рейтингах безопасности.

По пресс-релизу ESA