Forskare har utvecklat en töjbar, flexibel lapp som kan göra det lättare att utföra ultraljudsbilder på udda formade strukturer, såsom motordelar, turbiner, reaktorrörsbågar och järnvägsspår — föremål som är svåra att undersöka med konventionell ultraljudsutrustning.

Ultraljudsplåstret är ett mångsidigt och bekvämare verktyg för att inspektera maskin- och byggnadsdelar för defekter och skador djupt under ytan. Ett team av forskare ledda av ingenjörer vid University of California San Diego publicerade studien i numret 23 mars av Vetenskapens framsteg .

Den nya enheten övervinner en begränsning av dagens ultraljudsenheter, som är svåra att använda på föremål som inte har helt plana ytor. Konventionella ultraljudsonder har platt och styv bas, som inte kan upprätthålla god kontakt när man skannar över böjda, vågig, vinklade och andra oregelbundna ytor. Det är en avsevärd begränsning, sa Sheng Xu, en professor i nanoteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och studiens motsvarande författare. "Icke plana ytor är vanliga i vardagen, " han sa.

"Armbågar, hörn och andra strukturella detaljer råkar vara de mest kritiska områdena när det gäller fel – de är områden med hög stress, sa Francesco Lanza di Scalea, en professor i konstruktionsteknik vid UC San Diego och medförfattare till studien. "Konventionell stel, platta prober är inte idealiska för att avbilda inre brister i dessa områden."

Gel, olja eller vatten används vanligtvis för att skapa bättre kontakt mellan sonden och ytan på föremålet som den undersöker. Men för mycket av dessa ämnen kan filtrera vissa av signalerna. Konventionella ultraljudssonder är också skrymmande, vilket gör dem opraktiska för att inspektera svåråtkomliga delar.

"Om en bilmotor har en spricka på en svåråtkomlig plats, en inspektör kommer att behöva ta isär hela motorn och sänka ner delarna i vatten för att få en fullständig 3D-bild, " sa Xu.

Nu, ett team som leds av UC San Diego har utvecklat en mjuk ultraljudssond som kan fungera på udda formade ytor utan vatten, gel eller olja.

Sonden är en tunn lapp av silikonelastomer mönstrad med vad som kallas en "ö-bro"-struktur. Detta är i huvudsak en samling av små elektroniska delar (öar) som var och en är förbundna med fjäderliknande strukturer (broar). Öarna innehåller elektroder och enheter som kallas piezoelektriska givare, som producerar ultraljudsvågor när elektricitet passerar genom dem. Bryggorna är fjäderformade koppartrådar som kan sträckas och böjas, tillåter plåstret att anpassa sig till icke-plana ytor utan att kompromissa med dess elektroniska funktioner.

Forskare testade enheten på ett aluminiumblock med en vågig yta. Blocket innehöll defekter två till sex centimeter under ytan. Forskare placerade sonden på olika ställen på den vågiga ytan, samlade in data och rekonstruerade sedan bilderna med hjälp av en anpassad databehandlingsalgoritm. Sonden kunde avbilda de 2 millimeter breda hålen och sprickorna inuti blocket.

"Det skulle vara snyggt att kunna sätta fast denna ultraljudssond på en motor, flygplansvinge eller olika delar av en bro för att kontinuerligt övervaka för eventuella sprickor, " sa Hongjie Hu, en materialvetenskap och ingenjör Ph.D. student vid UC San Diego och medförfattare till studien.

Enheten är fortfarande på proof-of-concept-stadiet. Den tillhandahåller ännu inte realtidsbilder. Den måste också vara ansluten till en strömkälla och en dator för att bearbeta data. "I framtiden, vi hoppas kunna integrera både ström och en databehandlingsfunktion i den mjuka ultraljudssonden för att möjliggöra trådlös, realtidsbilder och videoinspelning, " sa Xu.