Batman und Flipper wissen es: Ultraschall ideal für sensorische Anwendungen

14.06.2016

Batman und Flipper wissen es: Ultraschall ideal für sensorische Anwendungen

Vorlesungsreihe „Was steckt dahinter?“ mit Professor Dr. Mario Kupnik

Die Tierwelt nutzt Ultraschall für verschiedenste Zwecke: so jagen und orientieren sich etwa Fledermäuse und Zahnwale per Ultraschall. Der Mensch hat sich diese über viele Millionen Jahre bewährte Technik von der Natur abgeschaut. Vortrag am 28. Juni im Maschinenhaus.

Delfine nutzen Ultraschall seit Jahrmillionen zur Jagd und Orientierung.
Delfine nutzen Ultraschall seit Jahrmillionen zur Jagd und Orientierung.

Seit vielen Millionen Jahren nutzen Tiere Ultraschall (>20 kHz) für verschiedenste Zwecke. Fledermäuse orientieren und jagen über Echoortung durch das Aussenden kurzer Ultraschallpulse mit variabler Frequenz (Chirp Signale) und nutzen dabei sogar adaptive Repetitionsraten, ähnlich wie in modernen Radarsystemen. Zahnwale nutzen Ultraschall für die Jagd und Ortung unter Wasser.

Der Mensch lernt von der Natur und baut sogenannte bionische Systeme auch im Bereich Ultraschall. Ein Bereich, den der Mensch per Definition nur mit Hilfsmitteln, sogenannten Ultraschallwandlern, nutzen kann. Ultraschallwandler erzeugen Ultraschall, indem meist elektrische in mechanische Energie gewandelt wird oder umgekehrt, um Ultraschall zu empfangen.

Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen des Ultraschalls stelle ich kurz Möglichkeiten vor, wie derartige Ultraschallwandler realisiert werden. Silizium-basierte mikromaschinell gefertigte Ultraschallwandler (CMUTs) erlauben zum Beispiel das Vordringen in sehr hohe Temperaturbereiche (>450 °C), was mit klassischen Piezowandlern nicht möglich wäre.

Die oben erwähnte Sichtweise der Bionik ermöglichte es uns zum Beispiel, sogenannte Arrays für Luftultraschall für 40 kHz zu realisieren, welche bisher gar nicht möglich waren. Bionisches Vorbild ist dabei die räumliche Trennung von Stimmbändern und akustischer Apertur (Mund) beim Menschen.

Ein weiteres sensorisches Beispiel ist das Messen von Volumen- und Massenströmen von Gasen und Flüssigkeiten. Auch hier half mir die bionische Sichtweise, indem ich adaptive Repetitionsraten, wie bei der Fledermaus, verwendet habe, um den Anwendungsbereich dieser Ultraschall-Durchflussmesser bezüglich der Fluidtemperatur signifikant zu erweitern. Abschließen werde ich den Vortrag mit der Erläuterung der nicht intuitiven Effekte und Begriffe Parametrischer Lautsprecher, Schallstrahlungsdruck und akustische Levitation.

Ort: Hörsaal S1|05 Raum 122 (Maschinenhaus in der Magdalenenstraße 12, 64289 Darmstadt)

Datum / Uhrzeit: 28. Juni 2016, 17:15 bis 18:45 Uhr

Vorlesungsreihe „Was steckt dahinter?“

In dieser Vorlesungsreihe, die jeweils im Sommersemester angeboten wird, soll ein Beitrag zu einem größeren allgemeinen Verständnis der mathematisch-naturwissenschaftlichen, der technischen und der gesellschafts- und geisteswissenschaftlichen Entwicklungen an unserer Universität geleistet werden. Jeweils dienstags ab 17:15 Uhr berichten Wissenschaftler der TU Darmstadt sowie auch auswärtige, eng mit der TU Darmstadt zusammenarbeitende Wissenschaftler in allgemein verständlicher Form über Motivation, Hintergründe und Ergebnisse ihrer aktuellen Forschungsarbeiten.
Mehr Informationen: Website der Ringvorlesung „Was steckt dahinter?“

Prof. Dr. mont. Mario Kupnik

Mario Kupnik ist Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt. Er leitet das Fachgebiet Mess- und Sensortechnik am Institut für Elektromechanische Konstruktionen.

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