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Forscher untersuchen die Auftriebskraft der Fruchtfliege |
Mit welcher Auftriebskraft fliegt eine Fruchtfliege?
Mikrokraftsensoren ermöglichen Wissenschaftlern solche und ähnliche Fragen zu beantworten und selbst extrem kleine Kräfte zu messen. Am Eidgenössischen Institut für Metrologie (METAS) hilft eine Mikrowaage von METTLER TOLEDO nun die kleinen Sensoren zu kalibrieren.
Von der Robotik über die Biologie bis hin zu medizintechnischen Anwendungen – der Anwendungsbereich für Mikrokraftsensoren ist vielfältig. "Es gibt grundsätzlich die Tendenz, immer kleiner mit möglichst geringer Unsicherheit zu messen", bestätigt Javier Levitt von METTLER TOLEDO. Für die Entwicklung neuer Produkte im Bereich Mikro- und Nanotechnologie sind Genauigkeit und Vergleichbarkeit gefragt. Bis vor kurzem war es jedoch nicht möglich, Mikrokraftsensoren rückführbar zu kalibrieren.
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Eine modifizierte Version der Präzisionswaage XP6U bildet das Herzstück des Messplatzes. Ein Absolut-Gravimeter bestimmt die Schwerkraft. Die Grundidee: Der Kraft-Sensor wird auf die Waage gedrückt und der angegebene Wert mit der Schwerkraft multipliziert. (Quelle: METAS) |
Aus diesem Grund startete das METAS-Labor "Masse Kraft und Druck" im Jahr 2013 ein Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine rückführbare Kalibrierungsmethode für die kleinen Sensoren zu entwickeln.
"Ein Industriepartner hat uns gefragt, ob wir eine Kalibriereinrichtung für die von ihm produzierten Mikrokraftsensoren erstellen können", berichtet Stefan Russi. Er ist Experte für Mikrotechnik am METAS und hat das Projekt mit seinem Team-Kollegen Manuel Aeschbacher betreut.
Internationale Zusammenarbeit
Um einen Eindruck zu erhalten, wie andere Messtechniker die Kalibrierung von winzigen Sensoren durchführen, tauschten sich die beiden Ingenieure unter anderem mit Fachkollegen aus Korea und von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Deutschland aus. Nach einem Besuch bei der PTB legten Russi und Aeschbacher fest, welche Komponenten sie für ihren Versuchsaufbau einsetzen wollten – und wo diese auf dem Markt erhältlich waren. So kam der Kontakt mit METTLER TOLEDO zu Stande.
Im Rahmen eines Workshops mit dem Team Metrology von MT entschied sich das METAS-Team für die Mikrowaage XP6U als Grundlage seines Versuchsaufbaus.
"Das Spezielle an dieser Waage, ist, dass sie modifiziert werden musste. Da war METTLER TOLEDO sehr kooperativ, es war eine gute Zusammenarbeit. Dafür sind wir sehr dankbar", betont Stefan Russi.
Dank der erfolgreichen Kooperation, kann das METAS heute eine rückführbare Kalibrierung von Mikrokraftsensoren anbieten. Ein Messvergleich mit der PTB hat die Zuverlässigkeit der neuen Methode bestätigt.
Nun haben die Schweizer Metrologie-Experten die Anerkennung des Verfahrens beim Internationalen Büro für Mass und Gewicht (BIPM) beantragt. Schon bald sollte die neue Kalibriermethode in die Datenbank des BIPM aufgenommen werden.
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Stefan Russi und Manuel Aeschbacher (von links) arbeiten seit 2013 daran, eine rückführbare Kalibrierung von Mikrokraftsensoren zu ermöglichen. Mikrokraftsensoren kommen in Wissenschaft, Forschung und Entwicklung zum Einsatz. An der ETH Zürich untersuchten Forscher die Auftriebskraft einer Fruchtfliege, um Rückschlüsse für die Mikrorobotik zu ziehen.