4. Esantion Carte MEMS & NEMS

13
CAPITOLUL II MEMS & NEMS INTELIGENTE 2.4 Structuri şi arhitecturi senzorice şi actuatorice pentru MEMS&NEMS Inteligente 2.4.1. Introducere Dezvoltarea şi maturizarea senzoricii inteligente adaptative au la bază pe de o parte integrarea cerinţelor tehnologice, a construcţiei şi fezabilităţii tehnologice, iar pe de altă parte, transmisia cu înaltă acurateţe a informaţiilor necesare cu adevărat şi în special valorile exacte ale mărimilor fizice, mecanice, electrice , chimice, etc., ce pot fi măsurate în mod independent, de orice alte variabile existente (prezente). Această dezvoltare şi maturizare a senzoricii inteligente, a devenit însă limitată, tocmai de cerinţele stricte ale caracteristicilor ce privesc liniaritatea, sensibilitatea, abaterea, acurateţea, senzorilor în general. Această limitare a fost diminuată, tocmai prin apariţia şi dezvoltarea electronicii digitale, prin apariţia mecanismelor de stocare fără abatere şi prin apariţia disponibilităţii tot mai mari a puterii de procesare semnal, toate acestea fiind coroborate cu scăderea continuă a costurilor de materiale, de fabricaţie, de procesare şi de control inteligent, faţă de perioada anterioară a costurilor ridicate pentru părţi logice, microprocesoare, microcontrollere, circuite integrate, etc. De aceea, crearea şi dezvoltarea noii generaţii de senzorică şi micro-nanosenzorică, începe cu senzorii inteligenţi care sunt caracterizaţi cu funcţii şi funcţionalităţi suplimentare şi care sunt oferite de integrarea inteligentă de micro-nanoprocesoare, micro-nanocontrollere, aplicaţii specifice de circuite integrate (ASIC) cu elemente sensibile sau cu materiale adaptronice. În fapt un senzor sau micro-nanosenzor inteligent se referă la senzorul sau micro- nanosenzorul cu circuit micro-nanoelectronic integrat şi cu capacitate înaltă de prelucrare digitală, care oferă o serie de avantaje pentru creatorii şi proiectanţii de sisteme senzoriale şi arhitecturi senzoriale cât mai complete şi cât mai complexe. Aşadar, chiar senzorul sau micro-nanosenzorul inteligent, poate fi, din punct de vedere structural, funcţional şi integrabil, el însuşi adaptronic şi care la rândul lui, poate fi integrat cu electronica şi micro-nanoelectronica aferentă, permiţând astfel să fie tratat ca un modul adaptronic în care complexităţile interne ale senzorului sau micro-nanosenzorului sunt ţinute la distanţă de la sistemul senzoric gazdă. De aceea, senzorul sau micro-nanosenzorul inteligent permite creatorului sau proiectantului să abordeze problema unui sistem adaptronic senzorial, prin care hardware-ul electronic şi software- ul pot fi combinate cu un material inteligent multifuncţional pentru a se crea un sistem care se poate adapta comportamentului său, în conformitate cu mediul şi împrejurimile sale. În prezent, sunt create concepte pentru realizarea de reţea sau reţele fără fir de senzori inteligenţi distribuiţi, formând comunicaţii cu putere scăzută şi prelucrare localizată. De asemenea, sunt create aplicaţii în domeniile de monitorizare a mediului, monitorizare structurală, supraveghere, evaluare şi prognozare, întreţinere echipamente de bază tehnice şi tehnologice şi echipamente de calcul multiprezente. Actuatorica şi micro-nanoactuatorica în MicroNanoIngineria MEMS & NEMS se exprimă fie prin actuatori şi micro-nanoactuatori implementaţi în soluţiile individuale, fie prin arhitectură de actuatori şi micro-nanoactuatori, integrată în soluţii complexe şi de ansamblu. Actuatorii şi micro-nanoactuatorii reprezintă elementele cheie în MEMS & NEMS inteligente, realizând funcţiile la comandă în execuţie simplă sau în matrici funcţionale hibride. Deseori, arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică inteligentă se combină în sistem integrat cu arhitectura senzorială şi micro-nanosenzorială, oferind astfel o structură complexă inteligentă holonică, în funcţie de tehnologia şi micro-nanotehnologia de fabricaţie. Pentru această integrare în fabricaţie, se utilizează deseori litografia, tehnici de depunere a peliculelor (straturilor) subţiri, procese de gravare şi dopare. În cadrul tehnicilor de depunere se includ depunerile vaporilor chimici (CVD) la presiune redusă, metalele de sporire a plasmei pentru reducerea temperaturii de depunere şi metodele fizice precum împrăştierea şi evaporarea. Aceste tehnici menţionate pot fi aplicate straturilor metalice, dielectrice şi funcţionale, cum ar fi

Transcript of 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

Page 1: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

CAPITOLUL II MEMS & NEMS INTELIGENTE

2.4 Structuri şi arhitecturi senzorice şi actuatorice pentru MEMS&NEMS Inteligente

2.4.1. Introducere

Dezvoltarea şi maturizarea senzoricii inteligente adaptative au la bază pe de o parte integrarea cerinţelor tehnologice, a construcţiei şi fezabilităţii tehnologice, iar pe de altă parte, transmisia cu înaltă acurateţe a informaţiilor necesare cu adevărat şi în special valorile exacte ale mărimilor fizice, mecanice, electrice , chimice, etc., ce pot fi măsurate în mod independent, de orice alte variabile existente (prezente).

Această dezvoltare şi maturizare a senzoricii inteligente, a devenit însă limitată, tocmai de cerinţele stricte ale caracteristicilor ce privesc liniaritatea, sensibilitatea, abaterea, acurateţea, senzorilor în general.

Această limitare a fost diminuată, tocmai prin apariţia şi dezvoltarea electronicii digitale, prin apariţia mecanismelor de stocare fără abatere şi prin apariţia disponibilităţii tot mai mari a puterii de procesare semnal, toate acestea fiind coroborate cu scăderea continuă a costurilor de materiale, de fabricaţie, de procesare şi de control inteligent, faţă de perioada anterioară a costurilor ridicate pentru părţi logice, microprocesoare, microcontrollere, circuite integrate, etc.

De aceea, crearea şi dezvoltarea noii generaţii de senzorică şi micro-nanosenzorică, începe cu senzorii inteligenţi care sunt caracterizaţi cu funcţii şi funcţionalităţi suplimentare şi care sunt oferite de integrarea inteligentă de micro-nanoprocesoare, micro-nanocontrollere, aplicaţii specifice de circuite integrate (ASIC) cu elemente sensibile sau cu materiale adaptronice.

În fapt un senzor sau micro-nanosenzor inteligent se referă la senzorul sau micro-nanosenzorul cu circuit micro-nanoelectronic integrat şi cu capacitate înaltă de prelucrare digitală, care oferă o serie de avantaje pentru creatorii şi proiectanţii de sisteme senzoriale şi arhitecturi senzoriale cât mai complete şi cât mai complexe.

Aşadar, chiar senzorul sau micro-nanosenzorul inteligent, poate fi, din punct de vedere structural, funcţional şi integrabil, el însuşi adaptronic şi care la rândul lui, poate fi integrat cu electronica şi micro-nanoelectronica aferentă, permiţând astfel să fie tratat ca un modul adaptronic în care complexităţile interne ale senzorului sau micro-nanosenzorului sunt ţinute la distanţă de la sistemul senzoric gazdă.

De aceea, senzorul sau micro-nanosenzorul inteligent permite creatorului sau proiectantului să abordeze problema unui sistem adaptronic senzorial, prin care hardware-ul electronic şi software-ul pot fi combinate cu un material inteligent multifuncţional pentru a se crea un sistem care se poate adapta comportamentului său, în conformitate cu mediul şi împrejurimile sale.

În prezent, sunt create concepte pentru realizarea de reţea sau reţele fără fir de senzori inteligenţi distribuiţi, formând comunicaţii cu putere scăzută şi prelucrare localizată.

De asemenea, sunt create aplicaţii în domeniile de monitorizare a mediului, monitorizare structurală, supraveghere, evaluare şi prognozare, întreţinere echipamente de bază tehnice şi tehnologice şi echipamente de calcul multiprezente.

Actuatorica şi micro-nanoactuatorica în MicroNanoIngineria MEMS & NEMS se exprimă fie

prin actuatori şi micro-nanoactuatori implementaţi în soluţiile individuale, fie prin arhitectură de actuatori şi micro-nanoactuatori, integrată în soluţii complexe şi de ansamblu.

Actuatorii şi micro-nanoactuatorii reprezintă elementele cheie în MEMS & NEMS inteligente, realizând funcţiile la comandă în execuţie simplă sau în matrici funcţionale hibride.

Deseori, arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică inteligentă se combină în sistem integrat cu arhitectura senzorială şi micro-nanosenzorială, oferind astfel o structură complexă inteligentă holonică, în funcţie de tehnologia şi micro-nanotehnologia de fabricaţie.

Pentru această integrare în fabricaţie, se utilizează deseori litografia, tehnici de depunere a peliculelor (straturilor) subţiri, procese de gravare şi dopare.

În cadrul tehnicilor de depunere se includ depunerile vaporilor chimici (CVD) la presiune redusă, metalele de sporire a plasmei pentru reducerea temperaturii de depunere şi metodele fizice precum împrăştierea şi evaporarea.

Aceste tehnici menţionate pot fi aplicate straturilor metalice, dielectrice şi funcţionale, cum ar fi

Page 2: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

ceramica piezoelectrică. În cadrul acestor tehnici utilizate, adesea sunt folosite siliconul, cuarţul (SiO2), arseniura de

galiu (GaAs), niobatul de litiu (LiNbO3), polimerul, ceramica, etc. În cadrul metodelor litografice bazate pe LIGA (litografie şi galvanoformare) sau pe tehnologia

de rezistenţă fotografică, se pot realiza inserţiile de modelare pentru modelarea prin reliefare şi modelarea la scară micronică sau submicronică.

În general, actuatorii micro-nanometrici adaptativi, permit deplasări şi forţe mici, la scară micro şi nano, conducând la o limitare naturală a potenţialului lor aplicativ adaptativ.

În general, actuatorii şi micro-nanoactuatorii inteligenţi, utilizează pentru fabricaţie, tehnologia micro-nanosistemelor sau tehnologia micro-nanosistemelor electromecanice cu frecvenţă radio (RF-MEMS and RF-NEMS).

Arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică inteligentă adaptativă , pe lângă funcţiile caracteristice actuatorilor şi micro-nanoactuatorilor, implementează şi capacitatea de auto-testare, pentru siguranţă.

De asemenea, arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică implementează într-un sistem asamblat adaptiv şi senzorii şi micro-nanosenzorii, realizând astfel un mix complex de funcţii integrate şi de multifuncţii structurale, într-o matrice integrată inteligentă adaptativă. 2.4.2 Defectelor senzorilor de bază

Printr-o documentare vastă în literatura de specialitate în domeniul tehnicii de măsurare, se întâlnesc multe şi variate definiţii privind „triada traductor – senzor – actuator”.

În ceea ce priveşte sistemul de măsurare sau de control, traductoarele sunt caracterizate în două subsisteme , adică „senzori care introduc informaţiile sistemului din lumea exterioară” şi „ actuatori care produc acţiuni în lumea exterioară”.

În ceea ce priveşte defectele senzorilor de bază, acestea identifică cinci defecte majore, exprimate astfel:

neliniaritate;

sensibilitatea transversală;

răspuns în timp sau frecvenţă de răspuns;

zgomot;

parametru de deplasare. Din cauza acestor defecte, toate mecanismele senzoriale şi / sau micro-nanosenzoriale

primare neliniare trebuie să fie ignorate, întrucât mecanismele senzoriale şi / sau micro-nanosenzoriale inteligente, rezolvă procesele de liniarizare foarte uşor, prin compensare cu electronica digitală, la fel şi pentru sensibilitatea transversală, răspunsul în timp sau frecvenţa de răspuns, zgomot şi pentru parametrul de deplasare, prin compensarea diferenţei de temperatură în toate procesele fizice şi chimice, prin derivate de timp, în ecuaţia diferenţială care modelează sistemul senzorial, prin filtre cascadă al răspunsului şi respectiv prin măsurători a semnalelor până la frecvenţa zero. Faţă de tipurile de defecte menţionate, la senzorii de bază, compensarea acestora în cadrul senzoristicii inteligente, utilizează patru tehnici fundamentale de compensare, respectiv:

compensare structurală;

compensare adaptată;

compensare monitorizată;

compensare deductivă Dacă mă refer la compensarea structurală, compensarea structurală se aplică senzorului

fizic pentru maximizarea sensibilităţii la variabila ţintă şi pentru minimizarea răspunsului la toate celelalte variabile fizice, unde variabila ţintă şi pentru minimizarea răspunsului la toate celelalte variabile fizice, unde variabila ţintă va produce o diferenţă de semnal, în timp ce toate celelalte variabile fizice produc un semnal de mod comun.

Dacă mă refer la compensarea monitorizată, aceasta se bazează pe măsurarea variabilei sensibilităţii transversale şi pe compensarea computaţională, fie prin referire la un model de senzor, fie prin utilizarea datelor obţinute de la un ciclu de calibrare.

Instrumentul pentru compensare monitorizată, este în fapt „un senzor într-un senzor”, iar în caz extrem, cum ar fi senzorii chimici, în care sensibilitatea transversală este atât de gravă, încât aceasta devine una a lipsei de specificitate, este abordarea „unui senzor matrice”.

Dacă mă refer la compensarea deductivă, aceasta este compensarea finală, şi se referă atunci când obiectul de testare nu este accesibil fizic şi când se face trimitere la un model ce este

Page 3: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

folosit ca o ultimă soluţie.

2.4.3 Rolul actuatorilor şi micro-nanoactuatorilor în MEMS & NEMS

Actuatorii şi micro-nanoactuatorii, ca şi arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică, joacă un rol important în sistemele MEMS & NEMS,caracterizat prin:

adaptivitate şi flexibilitate maximă, la construcţiile adaptronice;

îndeplinirea funcţiilor inteligente de comandă, sesizare, mişcare, poziţionare, etc.;

îndeplinirea funcţiilor senzoriale;

îndeplinirea funcţiilor dinamice;

integrarea sistemului senzorial şi actuatoric;

evaluarea, măsurarea şi monitorizarea parametrilor proceselor şi procesărilor;

facilitarea performanţelor înalte şi calitative;

dezvoltarea hardware şi software a sistemelor şi micro-nanosistemelor senzorice şi actuatorice;

complementarea dezvoltărilor inovatoare;

transferarea informaţiilor inteligente şi hiperinteligente;

aplicarea tehnologiilor şi micro-nanotehnologiilor inteligente avansate şi high-tech;

evaluarea şi monitorizarea modurilor de operare în timp real şi în cerinţele mereu schimbătoare ale mediului de lucru;

controlul inteligent al părţilor şi al ansamblului arhitectural adaptronic;

realizarea cu timpi reduşi a construcţiilor adaptronice;

contribuţia la îmbunătăţirea performanţelor proceselor de fabricaţie şi de procesare;

asistarea desfăşurării proceselor de automatizare şi informatizare;

realizarea interlegăturilor structurilor componente ale sistemelor adaptronice;

sesizarea stărilor de fapt în desfăşurarea operaţională a proceselor şi procesărilor;

achiziţionarea parametrilor funcţionali ai ansamblurilor adaptronice;

prelucrarea informaţiilor de proces, în informaţii decizionale de finalizare;

transportul informaţiilor prelucrate către sistemele informatice şi informaţionale;

autodiagnosticarea stării structurale şi funcţionale a sistemelor adaptronice;

asistarea schimbărilor şi structurilor componentelor sistemelor şi proceselor adaptronice;

asistarea scenariilor adaptronice în cadrul proceselor de fabricaţie inteligentă adaptronică;

simularea funcţiilor vitale ale proceselor şi sistemelor adaptronice;

detectarea şi corectarea automată a disfuncţiilor din propria structură a sistemelor adaptronice;

adaptarea programelor software pentru fabricaţia inteligentă adaptronică;

realizarea unei funcţionalităţi adaptive structurilor adaptronice;

existenţa economiei construcţiei şi întreţinerii sistemelor adaptronice;

satisfacerea simultană a fiabilităţii şi performanţei orientate către misiuni de fabricaţie;

etc. 2.4.4 Structura hardware a senzorilor inteligenţi în MEMS & NEMS

Concepţia structurii hardware pentru un sensor intelligent este redată în fig. 1.

Fig. 1

Page 4: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

În conformitate cu figura menţionată, elementul senzorial (sensibil) este sursa principală de

informaţii în sistemul general, acesta având capacitatea de a stimula elementul sensibil pentru a oferi o facilitate de autotest, prin care o tensiune de referinţă, spre exemplu, poate fi aplicată la senzor, în scopul de a monitoriza răspunsul său, unde controlul excitaţiei este o altă trăsătură distinctivă constatată în senzori inteligenţi.

În continuarea explicării figurii: amplificarea este de obicei o cerinţă fundamentală, întrucât majoritatea senzorilor au tendinţa de a produce nivele de semnal, care sunt semnificativ mai mici decât cele utilizate în procesorul digital; prelucrarea analogică include filtre în procesorul digital; prelucrarea analogică include filtre antidedublare pentru etapa de conversie; puterea de procesare în timp real este limitată, caz în care pot exista beneficii în punerea în aplicare a filtrelor analogice;

conversia de date este modulul între semnalele continue, lumea reală și semnalele discrete asociate cu procesul digital; această etapă cuprinde un convertor analogic-digital (ADC); intrări de la alţi senzori (de monitorizare) pot fi introduse în conversia de date sub-sistem, în vederea punerii în aplicare a diferitelor forme de compensare; astfel de semnale pot avea nevoie de amplificare înainte de conversia de date; elementul de prelucrarea digitală se referă la procesele de software

în cadrul senzorului inteligent; procesele de software pot fi relativ simple, aşa cum sunt cele necesare pentru punerea în aplicare a compensaţiei senzorului – liniarizare, sensibilitate

transversală, deplasare, etc., sau pot fi mai multe tehnici sofisticate, aşa cum sunt metodele de

recunoaștere a modelului – reţele neuronale, pentru sistemele de reţea senzoriale; elementul

comunicaţiilor de date se ocupă cu rutinele necesare pentru întâlnirea și primirea de date şi semnale de control pentru senzorul de magistrală; este cazul că senzorul inteligent este un singur

dispozitiv într-un sistem multi-senzor; senzorii individuali pot comunica între ei şi de asemenea, cu un sistem gazdă; de multe ori, senzorul inteligent va trebui să se ocupe cu situaţii precum cererile de date, semnale de calibrare, verificarea erorilor, identificarea mesajului, etc. ; procesorul de control ia adesea forma unui microprocesor sau microcontroller; acesta este în general, componenta centrală în cadrul senzorului inteligent şi este conectat la alte elemente; rutinele de software sunt puse în aplicare în procesor şi acestea sunt stocate în unitatea de memorie.

Un exemplu de reţea de senzori inteligenţi (ex. de gaz), materializată într-o matrice de rezistenţe chimic senzitive, fabricată prin tehnicile filmului gros, este redată în figura 2 (după Brignell et al.)

Fig. 2

În această matrice: stratul sensibil chimic este cu semiconductor organic, dispozitivul având

un element de încălzire de platină situat sub electrodul model; prin furnizarea de curent

elementului de încălzire, zona senzorului localizat poate fi încălzita, în scopul de a promova o

reacţie chimică între stratul organic şi proba de gaz; rezistenţa catodului de platină poate fi

monitorizată pentru a deduce temperatura fiecărui loc de detectare; sensibilitatea transversala la

alte gaze este semnificativa si o reţea de senzori este necesara pentru a creşte specificitatea

sistemului (aparatului); fiecare element este acoperit cu un strat organic reactiv diferit; tehnici de

recunoaştere model elaborate, puse în aplicare în software, sunt necesare pentru a stabili analiza

cantitativă a unui amestec de gaze care curge peste senzorul matrice; 2.4.5 Arhitectura software a senzorilor inteligenţi

Un senzor inteligent trebuie să fie compatibil cu o infrastructură existentă, în conformitate cu standardul IEEE1451.4 pentru traductoare inteligente şi, ca atare, să respecte diferite protocoale de reţea de comunicare şi în special să permită compatibilitatea atât cu

Page 5: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

comunicaţii digitale cât şi cu cele analogice.

Pentru integrarea proceselor cu fuziune de date, senzorul inteligent ar trebui să îşi asigure sistemul de management cu o estimare a incertitudinii de măsurare, în plus, la estimarea mărimii măsurate.

Conversia datelor senzoriale în forme în conformitate cu specificaţiile menţionate, necesită o serie de module software, care variază de la liniarizarea simplă la metode sofisticate de procesare a semnalului pentru senzor de la bord şi condiţia de monitorizare a electronicii.

Schema de software a senzorului inteligent de ansamblu, cuprinde submodule ce includ:

pre - procesare;

condiţionare semnal;

facilitate de extracţie;

detectare a defectelor;

recalibrare / reconfigurare. Procesul de software la senzorii inteligenţi este descris într-o schemă bloc în figura 3.

Fig. 3

În continuare, în conformitate cu figura menţionată: faza iniţială, necesară înainte ca

software-ul să poată efectua calibrarea datelor senzoriale neprelucrate, este un modul de pre-procesare, care converteşte semnalul, într-o unitate de inginerie universală; pre-procesarea ar putea să includă algoritmi de bază de filtrare antidedublare, respingerea zgomotului şi pentru îmbunătăţirea ratei semnal-zgomot, împreună cu algoritmii de calibrare, normalizare şi compensare de temperatură; procesul de calibrare poate include liniarizarea semnalului folosind o abordare simplă prin căutare în tabel utilizând coeficienţi stocaţi în fişa de date electronică a traductorului; o tehnică de liniarizare alternativă, implică însumarea caracteristicii reciproce a senzorilor cu semnalul; funcţii suplimentare oferite de procedura de calibrare, includ eliminarea efectelor de polarizare ale senzorilor; semnalele calibrate trec apoi printr-un modul software de

Page 6: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

condiţionare a semnalului pentru a extrage o serie de caracteristici, ce caracterizează datele; caracteristica de extracţie, este un proces care este folosit pentru a deriva informaţiile obscure din timpul „istoriei semnalului” senzorului care este util atât ca informaţie de ieşire a senzorului cât şi ca parte a strategiei de detectare a defectelor de la bord; ca exemplu, semnalul produs de un senzor de presiune wireless încorporat într-o anvelopă, ar putea fi deteriorat prin procese aditive de zgomot aleator, ce includ mici fluctuaţii ciclice cauzate de defecte de suprafaţă regulate, precum şi de fluctuaţiile care decurg de la temperatură; tehnici de extragere a caracteristicii mai mult formale, cum ar fi analiza componentelor principale, extrage în mod automat un set redus de caracteristici statistice necorelate ce caracterizează procesul de bază; principalele caracteristici derivate sunt o componentă esenţială pentru auto-diagnosticare şi detectare a defectelor; detectarea defectelor la bord a condiţiei senzorului, pe baza datelor senzoriale, este subtil diferit de scenarii de monitorizare cu condiţii mai tradiţionale, cum ar fi monitorizarea rulmenţilor rotativi utilizând accelerometre; aceste dispozitive pot produce un semnal, după liniarizare, care este proporţional cu amplitudinea sursei de vibraţii; detectarea defectelor din senzor, necesită diferenţiere între condiţiile de defecte ale senzorilor, precum şi modificările în semnale ale senzorilor, precum şi modificările în semnale ale senzorilor datorită modificărilor reale în mediu; o abordare a detectării defectelor, este o noutate de detectare utilizând o abordare a densităţii estimate; noutatea de detectare determină dacă vectorii de intrare caracteristici derivaţi din datele senzoriale, aparţin aceleaşi distribuţii, ca datele produse de senzor atunci când a funcţionat într-o stare verificabil benefică; o abordare de modelare a bazei de date este folosită pentru a estima PDF-ul caracteristicilor extrase pentru datele senzoriale atunci când funcţionează ca un senzor corespunzător; detectarea defectelor de la bord este un aspect atât de important al unui senzor inteligent, ca detectarea nouă pe bază de densitate poate fi utilizată în paralel cu mai multe abordări tradiţionale; odată ce defecţiunea a fost detectată, senzorul inteligent ar trebui să încerce să izoleze natura şi cauza defecţiunii, şi să comunice această informaţie sistemului de management al senzorului, prin utilizarea unui set de coduri de eroare, bazate pe o cunoaştere despre senzorul primar portabil sau mecanisme de defecţiune electronice; abordările modelului bazat pe date oferă avantaje peste modele fizice derivate din primele principii pentru această aplicaţie, deoarece modelele senzoriale folosite în detectarea nouă şi calculul rezidual pot fi reţinute autonom folosind algoritmi cuprinşi în software-ul senzorului, pe baza datelor noi de intrare; tehnici de optimizare pentru estimarea parametrilor modelului sunt un subiect de cercetare, prezent şi în viitor, pentru a se asigura reconfigurarea rapidă a senzorului inteligent, păstrându-se în acelaşi timp capacitatea de generalizare excelentă. 2.4.6 Aplicaţie speciala de Circuit Integrat

Într-un sistem industrial de aparatură inteligentă, calculatorul central ar putea fi suprasolicitat cu procesarea de compensare a senzorului, în timp ce sistemul de comunicare ar putea fi supra-încărcat de date senzoriale necompensate tot în mod ideal, atunci electronica de compensare şi de comunicare ar trebui să fie cuprinsă în carcasa senzorului şi ar trebui să fie invizibilă funcţional pentru utilizator.

În prezent, un subsistem analog substanţial poate fi amplasat pe acelaşi cip la fel ca un microprocesor încorporat, astfel încât este posibil ca întregul sistem de compensare şi de comunicaţii să poată fi realizat sub forma unui singur cip.

Este important, şi de preferat, ca în stadiul actual al tehnologiei să se menţină procesorul ca un dispozitiv programabil separat, ştiindu-se faptul că simulatoarele analogice nu sunt aproape la fel ca şi simulatoarele digitale.

Ştiindu-se, de asemenea, că un sistem dacă este mai complex, acesta este de mai puţină încredere, se poate inversa acest principiu, prin introducerea a două concepte şi anume, „conceptul auto-test” şi „conceptul auto-calibrare” şi prin componenta simplă a ASIC, care face posibilă şi realizabilă această situaţie, prin comutatorul analogic controlat digital.

Prin intermediul comutatorului analogic, subsistemul analog poate fi făcut să se reconfigureze pentru a se efectua diferite controale, precum şi monitorizarea variabilelor posibil perturbatoare.

În acest sens, o tehnică foarte utilă este de a încorpora ASIC într-un PC, aşa cum este prezentată în figura 4 (după Hartmut J.).

Page 7: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

Fig.4

În conformitate cu figura menţionată: plăci de achiziţie de date sunt utilizate pentru a se oferi

acces intim la funcţiile cip-ului; software-ul este dezvoltat într-un limbaj portabil, cum ar fi C, ce permite să fie portat pe un microprocesor adecvat, după ce a fost dezvoltat şi testat.

2.4.7 Sisteme reconfigurabile în MEMS & NEMS inteligente

Reconfigurarea sistemelor în MEMS & NEMS pentru senzorii inteligenţi, ajută atât la dezvoltarea electronicii hardware şi în special a ASIC cât şi la dezvoltarea de senzori inteligenţi, pe lângă dezvoltarea driverelor software atât de esenţiale pentru controlarea şi efectuarea sarcinilor necesare în moduri de testare, de calibrare şi de funcţionare.

Mai mult decât atât software-ul este responsabil pentru a se asigura comunicarea corectă dintre senzor şi sistemul gazdă şi este utilizat pentru a se asigura că, condiţiile de pericol sunt eliminate în timpul dezvoltării hardware.

Reconfigurabilitatea se referă şi la posibilitatea utilizării unui set predefinit de combinaţii standard dar şi la asigurarea unui driver software sub forma unui filtru care împiedică orice configuraţie distructivă în curs de înfiinţare, dar permite toate celelalte combinaţii.

Comutatorul de configurare este stocat ca un vector de zerouri iar subsistemul poate fi comutat într-un anumit mod de auto-control sau auto-calibrare cu doar câteva instrucţiuni de control.

Dacă complexitatea hardware a senzorului inteligent creşte, există o cerinţă pentru software mai sofisticat pentru testare, calibrare şi moduri de operare. 2.4.8 Comunicaţia în reţeaua de conectare a senzorilor inteligenţi pentru MEMS & NEMS

Modul de realizare a topologiei reţelei de conectare a senzorilor inteligenţi la procesorul central este arătat în figura 5 (după Hartmut J.).

În conformitate cu figura menţionată: se prezintă patru posibilităţi de metode de formare a reţelelor de senzori inteligenţi şi anume: stea, „autobuz”, inel şi inel dublu curbat.

Aceste reţele de senzori, presupun, utilizarea conductorilor electrici, complicând traseele şi punctele de conectare ale acestora.

Page 8: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

Fig.5

De aceea, au fost dezvoltate alte tipuri de reţele, precum reţelele de senzori wireless (fără fir), construite în mai multe scenarii, ce depind de viteza de procesare, capacitatea de stocare, lăţimea de bandă şi resursa de energie disponibilă ce limitează funcţionalitatea de ansamblu. 2.4.9 Arhitectura hardware senzoristică în MEMS & NEMS

Arhitectura hardware senzorică şi micro-nanosenzorică în MEMS & NEMS are un set de

cerinţe evidente pentru o procedură de comunicare cu arhitectura software, pe parcursul întregului sistem adaptronic, precum:

unde începe sau se încheie un mesaj?

este mesajul pentru un modul de senzori sau micro-nanosenzori sau pentru alt modul?

care este informaţia reală conţinută în mesaj?

cum este mesajul formatat?

a fost transmis mesajul corect?

etc. În sinteza acestora, este clar că un număr minim de câmpuri sunt necesare pentru a se

stabili un protocol de lucru: de la indicator, la câmpul adresă, la câmpul control, la câmpul de date, la cadrul de control secvenţă, către indicator, ilustrând un protocol bine cunoscut – control al datelor de legătură la nivel înalt [HDLC].

Astfel, primul câmp nominalizat este indicatorul de deschidere, care este un semnal unic care nu poate avea loc prin accident oriunde în mesaj; câmpul următor este câmpul adresă de 8 biţi în lungime, permiţând până la 256 de dispozitive să fie unic abordate, ca o cerinţă esenţială pentru un sistem de transmisie comun; în continuare domeniul de control face o specificare cu privire la scopul şi natura mesajului.

Astfel, s-ar putea transmite o serie de instrucţiuni:

efectuează un auto-test;

setează amplificarea la 10;

transmite valorile la temperatură;

următorul câmp cuprinde 32 de biţi împărţiţi în patru sub-domenii octale;

etc.; Tot domeniul de informaţii important este de lungime variabilă în protocolul HDLC, deşi alte

protocoale folosesc o lungime fixă; lungimea câmpului este condiţionată în domeniul de control şi poate varia de la pachet la pachet; penultimul câmp este secvenţa cadru de control, care este un număr derivat dintr-un proces în câmpul precedent; procesul este receptat în receptor şi verificat pentru o asamblare; dacă nu apare nici o asamblare, atunci o cerere este emisă pentru retransmiterea mesajului; în cele din urmă, sfârşitul de pachet indicator este transmis.

Arhitectura de senzori a fost dezvoltată pe baza reţelelor de senzori wireless (fără fir), având capacitatea de a colecta şi disemina date de mediu, fiecare nod fiind un senzor inteligent individual cu capacitatea de a comunica prin transmisie radio.

Arhitectura cuprinde mai multe scenarii în care aceste reţele îşi pot găsi utilizări, fiind supuse vitezei de procesare, capacităţii de stocare şi lăţimii de bandă limitate.

Page 9: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

În cele mai multe aplicaţii, arhitectura reţelei trebuie să funcţioneze pentru perioade lungi de timp şi astfel resursele de energie disponibile limitează funcţionalitatea de ansamblu.

Combinaţia de micro-nanoinginerie şi micro-nanoelectronică, pe o singură structură, motivează tot felul de posibilităţi în evoluţiile recente ale reţelelor senzoriale wireless distribuite, ce conduc la realizarea unui număr mare de noduri de senzori cu inteligenţă localizată, având un dezavantaj în sursa de energie localizată care are o durată de viaţă limitată şi care necesită înlocuire periodică, dar cu posibilităţi de eliminare a acestui dezavantaj, printr-o posibilă soluţie de recoltare de energie, unde energia înconjurătoare sub forma solară, termică, frecvenţă radio, vibraţii mecanice, etc., este local convertită în energie electrică.

Aşadar, nu peste mult timp, senzorii de inteligenţă şi arhitecturile de senzori inteligenţi, vor deveni o componentă esenţială a tehnologiei moderne adaptronice.

În modernizarea tehnologiilor moderne adaptronice, sunt utilizaţi senzori inteligenţi şi arhitecturi inteligente de senzori, cuprinzând:

senzori inteligenţi cu fibră optică, ai căror parametri sunt: intensitatea, lungimea de undă sau fază, starea de polarizare a luminii şi reflectometria (măsurarea timpului de călătorie a unui puls de lumină lansat la sfârşitul unei fibre şi reflectat înapoi la markeri);

senzori inteligenţi piezoelectrici, ai căror parametri sunt: sarcina piezoelectrică, constanta de tensiune, sensibilitatea, factorul de cuplare, randamentul energetic şi piezoelectricitatea;

senzori piezoelectrici pasivi şi activi, ai căror parametri sunt: sensibilitatea (deformare / mişcare / acceleraţie), lăţimea de bandă, dimensiunea geometrică, liniaritate, histerezis, repetabilitate, compatibilitate electromagnetică, capacitate de integrare, electronică periferică, raportul semnal-zgomot (mai mare), suprimarea zgomotului de înaltă frecvenţă, designul compact, gamă de frecvenţă largp, etc.;

senzori piezoelectrici, ca parte componentă integrantă a structurilor, ce permit o punere în aplicare a conceptelor de structură inteligentă a arhitecturii: adaptiv şi structural; structurile adaptive pot fi adaptate la influenţele externe prin intermediul unor senzori şi elemente de acţionare corespunzătoare integrate; structurile senzoriale pot fi capabile să detecteze şi să monitorizeze deformări, devieri sau chiar condiţii structurale şi proprietăţi prin senzori integraţi;

Arhitectura senzorică şi micro-nanosenzorică adaptronică adaptativă face apel la o nouă micro-nanoinginerie adaptivă şi structurală / multistructurală, prin care se asigură într-un ansamblu integrator – arhitectura hardware şi arhitectura software, comportamentul mecanic şi electro-mecanic al straturilor şi legăturilor electrice şi comportamentul de transfer al deformărilor, vibraţiilor şi undelor şi de la structură la senzor / micro-nanosenzor precum şi comportamentul distribuţiilor de tensiune locale la influenţa tehnicii de legare.

Cercetările adaptronicii privind arhitectura adaptronicii senzorice şi micro-nanosenzorice, aduc în evidenţă, efectele încărcărilor dinamice şi efectele la oboseală sub sarcini dinamice cu referire la examinarea sistematică a design-ului şi a fabricaţiei, a integrării directe a componentelor, a capacităţii de încorporare cu referire la suprafeţele compatibile, rezistenţei la forfecare interlaminară, izolării electrice, ecranării electromagnetice corespunzătoare, etc.

2.4.10 Arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică în MEMS & NEMS inteligente

Arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică inteligentă, apelează la mecanismele de acţionare micro-nanoacţionare, la legile scalare şi la materialele inteligente avansate. Privind mecanismele de acţionare şi micro-nanoacţionare, cel mai important mecanism de acţionare la actuatorii convenţionali, este forţa electromagnetică, caracteristică tuturor motoarelor (excepţie făcând motoarele cu ardere), de la motoarele foarte mici, ajungând treptat la cele mari, succesul acestui principiu datorându-se uşurinţei generării unor câmpuri magnetice puternice prin intermediul bobinelor electromagnetice, dar şi varietăţii mari de forţe magnetice pe o scară de câţiva centimetri.

Privind legile scalării acestor forţe la mici dimensiuni, situaţia observată la actuatorii convenţionali este reversibilă. Prin aplicarea unui factor de scalare geometrică liniară legată de lungimea dimensiunii „l” la o structură mecanică, forţele electrostatice sunt micşorate de un factor proporţional cu „l2”, atunci când se presupune că puterea câmpului trebuie să rămână constantă la valoarea maximă. Dar volumele şi masele de inerţie sunt micşorate la „l3”, atunci forţele electrostatice câştigă în rezistenţa relativă, prin reducerea dimensiunii structurii.

Acest efect devine mai favorabil când se ia în considerare faptul că rezistenţa câmpului creşte

Page 10: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

atunci când spaţiul se micşorează la dimensiunile căii libere a moleculelor. Acest efect (efectul Paschen) duce la o scalare liniară aproximativă a forţelor electrostatice cu dimensiunea geometrică „l”.

Pentru forţele electromagnetice, legile scalării sunt mai complicate, în funcţie de presupuneri. Factorul de limitare în micşorarea unei bobine magnetice este densitatea curentă pe care conductorul electric o poate purta. Această limită este legată de condiţiile transferului de căldură din structură, deoarece căldura excesivă care rezultă din pierderile inevitabile de energie din interiorul bobinei, ar duce la autodistrugerea acesteia.

Când este asumată o densitate curentă constantă, forţele electromagnetice se micşorează cu „l4”, ducând astfel la o situaţie nefavorabilă. Această situaţie poate fi îmbunătăţită la aproximativ „l3”, când un transfer de căldură eficient este implementat în structură, profitând de raţia suprafaţă – masă. Suprafaţa este legată de transferul de căldură, în timp ce masa sau volumul este legată de generarea căldurii.

Interacţiunea unui magnet permanent cu o bobină se scalează, de asemenea, cu „l3”. Atunci forţele electromagnetice au de pierdut în timpul micşorării în comparaţie cu forţele electrostatice.

În afara acestor „consideraţii matematice” privind scalarea, există şi alte restricţii care rezultă din problemele ce ţin de procesele de compatibilitate. Atunci, rezultă că bobinele se comportă destul de problematic din punctul de vedere al procesului de integrare planară, aşa cum se poate observa din rolul lor aproape neglijabil în tehnologia circuitului integrat. Pentru generarea unor forţe mai mari, devine o necesitate să se ridice voltajul de funcţionare la gama 100÷200 V, ceea ce înseamnă că un circuit electronic special cu voltaj înalt trebuie să fie implementat. Un punct pozitiv de acţionare electrostatică este curentul cu temperatura scăzută pe care acesta îl deţine inerent.

Un alt fenomen care trebuie luat în considerare este aşa numitul efect de absorbţie, prin efectul de histerezis.

Pentru înlăturarea limitei capacităţii de deformare, s-a realizat un nou tip de structură, aşa numitul microdispozitiv pieptene, pentru a cărui realizare se pot aplica tehnologii de microprelucrare a suprafeţelor. Acest microdispozitiv manifestă un comportament complet liniar asupra domeniului de operare. Puterea microdispozitivului poate fi scalată de numărul de piepteni şi prin micşorarea distanţei dintre structura mobilă şi structura rigidă. Aceste structuri au devenit importante în aplicaţiile senzorice şi micro-nanosenzorice şi actuatorice şi micro-nanoactuatorice.

Comportamentul nefavorabil al forţelor electromagnetice privind scalarea, nu opreşte ca aceste forţe electromagnetice să-şi găsească aplicaţii în microstructuri, când sunt necesare deformări sau când este importantă inversarea direcţiei forţei. Forţa magnetică poate să fie menţinută constantă pentru o gamă largă geometrică sau poate sa-i fie inversată direcţia de un curent care operează contrar. Forţele electrostatice sunt atractive în aplicaţiile practice.

Alt mecanism de acţionare, este mecanismul piezoelectric, cunoscut mai ales în aplicaţiile macroscopice. Materialele cu aceste efecte îşi modifică forma mecanică la aplicarea unui voltaj extern. Schimbarea de dimensiune este de obicei foarte mică, de ordinul micronilor. Această forţă este puternică şi poate atinge viteze extrem de mari, până la gama GHz. Abordarea este de a folosi plăci piezoceramice ataşate unor structuri ce trebuie să fie deplasate.

Aplicarea unui voltaj generează o contradicţie transversală a materialului piezoelectric, conducând la o deformare verticală a compozitului stratificat, unde deplasările sunt limitate la câţiva microni, la voltaje de ordinul 100-200V.

Pentru deplasări mai mari de 10-30 microni, forţe de ordinul sutelor de N (newtoni) şi presiuni de suprafaţă de 30 MPa, sunt utilizate pachete piezo.

Aceste structuri nu pot fi integrate uşor în microdispozitive. Utilizându-se tehnologia planară, poate fi atinsă cea mai mare compatibilitate prin depozitarea

materialelor piezoelectrice cu peliculă fină. Cele mai utilizate materiale, luându-se în considerare coeficienţii piezoelectrici şi problemele de compatibilitate a proceselor, sunt nitruri de aluminiu pulverizaţi reactiv (AlN), titanaţi de zirconiu şi plumb pulverizaţi direct (PZT) şi oxizii de zinc (ZnO).

Altă abordare promiţătoare este folosirea materialelor prin polimeri piezoelectrici (PVDF) şi polimeri proprii, care sunt extrudaţi în folii cu grosime tipică de zeci de microni şi apoi polarizaţi ulterior.

Prin combinaţia unei folii cu un alt material elastic, prin depozitare sau lipire, poate fi creată o structură unimorfă sau o structură bimorfă.

În speţă, copolimerul PVDF-TrFE, prezintă un interes deosebit, întrucât, în contrast cu PVDV standard, poate fi depozitat prin acoperirea cu un pas ulterior de polarizare, lucru ce permite integrarea directă a unui strat polimeric activ într-un microdispozitiv.

Gama de operare a materialelor piezoelectrice este limitată sub temperatura Curie, de

Page 11: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

150÷300ºC, pentru ceramice şi 70÷90ºC pentru polimeri. Dispozitivele / micro-nanodispozitivele piezoceramice, prezintă de obicei, histerezis care poate

fi compensat printr-un circuit electronic sofisticat. Dacă ne referim la efectul magnetostrictiv, acesta este o modificare a lungimii materialelor, în

prezenţa unui câmp magnetic puternic. Acest efect este proporţional cu pătratul forţei câmpului care urmează unui efect de dublare al frecvenţei în condiţii de oscilare. Se pot observa, atât un efect pozitiv cât şi unul negativ, conducând la o lungire sau scrutare a structurii originale. Pentru majoritatea materialelor, acest efect este mic. Totuşi, există materiale bazate pe elemente rare de pământ ce prezintă un efect magnetostrictiv mare, obţinând tensiuni de până la 2000 ppm sau 0,2%. Aceste materiale sunt cunoscute sub numele de Terfenol-D cu o compoziţie de TbxDy1-xFey.

Aceste materiale pot fi depozitate pe pelicule subţiri, făcându-se atractive pentru aplicaţiile micro-nanoactuatorilor.

O altă abordare, sunt actuatorii şi micro-nanoactuatorii termici, care utilizează expansiunea materialelor diferenţiale termomecanice, prin efectul termomecanic pentru solide sau prin efectul termopneumatic pentru gaze.

Principiul termomecanic exploatează diferiţi coeficienţi de expansiune termică a două materiale, fie două metale, fie un metal şi un material semiconductor sau dielectric, efectul numindu-se, efectul bimetalic. După încălzirea electrică, două materiale unite se îndoiesc din cauza expansiunii diferenţiale, ducând la o deplasare a actorului sau micro-nanoactuatorului.

O altă abordare mecanică este încălzirea diferenţială a unor secţiuni vecine ale aceluiaşi material. Această metodă este de obicei, limitată pentru deplasările uşoare din cauza dificultăţii de a menţine declivităţi mari de temperatură într-o structură mică.

Acest principiu, nefiind sensibil la modificările temperaturii ambientale, limitează major aplicarea practică a actuatorilor şi micro-nanoactuatorilor bimetalici.

În general, toţi actuatorii şi micro-nanoactuatorii termali au reputaţia de a fi lenţi, din cauza constantelor de timp termal aflate în gama milisecundelor, în special pentru faza de răcire. Un alt principiu nou de acţionare este bazat pe utilizarea aliajelor de modelare a memoriei (SMA), care pot produce modificări dimensionale mari la încălzire, din cauza unei tranziţii de la starea cristalină la temperaturi scăzute, la starea austenitică la temperaturi mari.

Tensiunile relative obţinute sunt de ordinul a câteva procente (1÷8%). Cele mai cunoscute materiale care prezintă acest efect sunt aliajele pe bază de nitinol (NiTi)

cu adăugările posibile de Cu, Pt sau Fe. Aliajele CuZn şi CuFeZn sunt cunoscute cu acest efect. Aceste materiale pot fi depozitate pe

pelicule fine prin tehnici de pulverizare, ceea ce face ca acest efect să fie aplicabil pentru micro-nanoactuatori.

O altă abordare, sunt actuatorii şi micro-nanoactuatorii electrochimici, unde fluxul unui curent electric, transformă chimic, un lichid în gaz într-o celulă electrochimică.

Timpul de răspuns al acestor micro-nanodispozitive actuatorice, este de ordinul secundelor la deplasări de ordinul milimetrilor.

O altă abordare nouă, o reprezintă incorporarea simultană a două principii de acţionare într-o manieră hibridă.

Ca exemplu, este combinarea forţelor electromagnetice şi electrostatice într-o microvalvă. Forţa electromagnetică este aplicată pentru a genera deplasări mari la deschiderea sau închiderea valvei, în timp ce forţa electrostatică poate menţine valva în poziţia de închidere cu foarte puţină energie consumată.

Alt exemplu este combinaţia de forţe electromagnetice şi piezoelectrice, pentru operarea unui microîntrerupător, ducând la avantaj, atât în deflecţia maximă obţinută cât şi în reducerea consumului de energie în poziţia de închidere.

Altă abordare, în utilizarea de noi principii şi efecte pentru actuatori şi micro-nanoactuatori sau pentru arhitectura actuatorică şi micro-nanoactuatorică, o prezintă, sistemele şi componentele microfluidice şi microundele. 2.4.11 Tipuri de actuatori şi micro-nanoactuatori în MEMS & NEMS inteligente

În MicroNanoIngineria MEMS & NEMS inteligente, sunt utilizaţi actuatori şi micro-nanoactuatori şi sunt utilizate arhitecturi actuatorice şi micro-nanoactuatorice necesari şi necesare pentru construcţiile sistemelor inteligente senzor-actuator – control inteligent şi sistemelor inteligente adaptronice, utilizate în fabricaţia inteligentă de produse şi procese adaptronice şi adaptronice aplicate industrial şi comercial.

Page 12: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

Ca actuatori şi micro-nanoactuatori sunt utilizaţi:

actuatorul şi/sau micro-nanoactuatorul cu diagragmă electrostatică (fig. 6);

Fig. 6

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul cu pieptene elctrostatic (fig.7);

Fig. 7

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul valvă piezoelectrică (fig. 8)

Fig. 8

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul valvă termomecanică (fig. 9)

Fig. 9

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul valvă termopneumatică (fig. 10)

Page 13: 4. Esantion Carte MEMS & NEMS

Fig. 10

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul valvă electrostatică – varianta 1 (fig. 11)

Fig. 11

actuatorul şi/sau micro-nanoactuarorul valvă electrostatică – varianta 2 (fig. 12)

Fig. 12

Arhitectura actuatorică şi micro-nano actuatorică este utilizată în MicroNanoIngineria MEMS &

NEMS inteligente, în funcţie de complexitatea structurilor adaptronice din sistemele inteligente adaptronice, în funcţie de caracterul multistructural şi multifuncţional al sistemelor inteligente adaptronice şi în funcţie de nivelul de informatizare şi automatizare al echipamentelor, sistemelor şi proceselor adaptronice adaptive şi integrate.

Arhitecturile actuatorice şi micro-nanoactuatorice, sunt proiectate şi realizate, în scheme logice informatice şi informaţionale, în baza matricilor structurale şi funcţionale ale sistemelor şi proceselor adaptronice, astfel:

arhitecturi actuatorice şi micro-nanoactuatorice cu locaţii integrate în sistemele şi procesele adaptronice;

arhitecturi actuatorice şi micro-nanoactuatorice în matrici simple cu locaţii integrate în sistemele şi procesele adaptronice adaptive;

arhitecturi actuatorice şi micro-nanoactuatorice în matrici complexe cu locaţii integrate în sistemele şi procesele adaptronice adaptive şi adaptate ciclurilor de fabricaţie inteligentă;

arhitecturi integrative ale arhitecturii actuatorice şi micro-nanoactuatorice şi ale arhitecturii senzorice şi micro-nanoactuatorice, în matrici simple şi/sau complexe cu locaţii integrate în sistemele şi procesele adaptronice adaptive şi adaptate ciclurilor de fabricaţie inteligentă şi holonică.