A TU Wien (Viena) patenteou um método completamente novo de amortecimento de vibrações. Este é um passo importante para dispositivos de precisão, como telescópios astronômicos de alto desempenho.
Quando tudo treme, a precisão geralmente é impossível – todo mundo que já tentou tirar uma foto com as mãos trêmulas ou fazer anotações manuscritas em uma viagem de ônibus esburacada sabe disso. Com medições de precisão técnica, mesmo vibrações muito menores são um grande problema, por exemplo, com microscópios de alto desempenho ou espelhos de telescópio alinhados com precisão. Mesmo as menores vibrações, que nem são perceptíveis aos humanos, podem tornar o resultado da medição inutilizável.
Um novo tipo de tecnologia de amortecimento de vibração foi inventado na TU Wien que resolve esses problemas de uma forma incomum: ímãs eletropermanentes são usados. Esses são ímãs que, como ímãs permanentes comuns, mantêm seu magnetismo permanentemente sem a necessidade de uma fonte de alimentação, mas que também são equipados com uma bobina para que sua magnetização possa ser alterada extremamente rápido usando um pulso elétrico. Isso torna possível, por exemplo, suprimir ativamente vibrações em espelhos em grandes telescópios e, assim, aumentar drasticamente seu desempenho.
Uma plataforma flutuante com precisão nanométrica
O sistema de amortecimento de vibração na TU Wien consiste em uma base permanentemente montada e uma plataforma flutuante livre acima dela. A plataforma é suspensa no ar, mantida no lugar por fortes forças magnéticas. Vários atuadores eletromagnéticos podem então ajustar a posição da plataforma com alta precisão em frações de segundo – mesmo quando uma carga de vários quilos é montada nesta plataforma.
“Em aplicações sensíveis, como o posicionamento de segmentos de espelho, a posição desta plataforma deve ser mantida estável dentro de algumas dezenas de nanômetros”, diz o Prof. Ernst Csencsics do Instituto de Tecnologia de Automação e Controle da TU Wien. “Isso só é possível se você puder compensar até mesmo pequenas vibrações do solo, como aquelas que ocorrem quando alguém passa do lado de fora do laboratório, ou aquelas causadas por vibrações normais de construção.”
A posição da plataforma deve, portanto, ser medida com extrema precisão e qualquer movimento deve ser neutralizado imediatamente. Isso torna possível suprimir vibrações de forma muito eficiente, especialmente vibrações de baixa frequência, que geralmente são um problema em tais aplicações.
Os eletroímãs precisam de energia constante
“Eletroímãs são geralmente usados para tal amortecimento de vibração ativa”, explica o diretor do instituto, Prof. Georg Schitter. “Uma corrente flui através de bobinas em um campo magnético e, dependendo de quão forte essa corrente é, diferentes forças podem ser geradas. Isso funciona muito rápido e precisamente.”
Uma grande desvantagem dessa tecnologia, no entanto, é que a corrente deve fluir continuamente, caso contrário, as forças magnéticas desaparecem instantaneamente. Um ímã permanente, por outro lado, pode manter suas propriedades magnéticas por qualquer período de tempo sem qualquer suprimento de energia externa – uma vez que tenha sido magnetizado por um campo magnético muito forte.
Ímãs permanentes cotidianos, como os conhecemos de quadros magnéticos ou ímãs de geladeira, também são criados desta forma: você precisa de um material magnetizável adequado e o expõe a um campo magnético forte uma vez. Isso cria uma ordem magnética no material, fazendo com que ele permaneça magnético permanentemente.
Remagnetização de ímãs permanentes de forma direcionada
Os pesquisadores agora conseguiram combinar as vantagens dos eletroímãs e ímãs permanentes no amortecimento de vibração usando um chamado ímã eletropermanente. “Este é um ímã permanente que também é equipado com uma bobina”, diz Csencsics. Enquanto a força do ímã permanente estiver na faixa correta, ele não requer nenhuma energia e a plataforma flutuante é mantida no lugar. Apenas pequenas medidas corretivas pelos atuadores são necessárias para compensar as vibrações.
No entanto, se a força do ímã permanente não for mais apropriada, por exemplo, porque o peso apoiado na plataforma flutuante mudou ou porque ela precisa ser inclinada, métodos mais drásticos são usados: Um pulso de corrente curto e forte é enviado através da bobina, criando um campo magnético muito forte por um momento e, portanto, também alterando a magnetização do ímã permanente. Ao selecionar a força de pulso magnético correta, o ímã permanente pode ser ajustado para um novo ponto operacional, no qual ele permanece constante novamente sem a necessidade de um fornecimento de energia.
Protótipo funcional, patente pendente
Este controle pode ser automatizado: O sistema reconhece automaticamente se ainda está próximo do ponto operacional desejado ou se é necessária uma remagnetização. “Desenvolvemos a tecnologia de controle necessária nos últimos dois anos e ela já está funcionando muito bem”, diz Ernst Csencsics. A invenção já foi patenteada com o suporte da equipe de pesquisa e suporte de transferência da TU Wien.
“Com nosso protótipo, mostramos que a supressão de vibração extremamente precisa e com economia de energia é possível”, diz Georg Schitter. “A tecnologia seria perfeita para grandes telescópios, por exemplo, que consistem em vários segmentos de espelho. O telescópio deve ser capaz de ser alinhado a diferentes áreas do céu, e os espelhos devem então ser alinhados com alta precisão e mantidos estáveis em todas as posições. É exatamente para isso que nossa tecnologia seria ideal.”
Em princípio, no entanto, a tecnologia de amortecimento de vibração de ímã eletropermanente poderia, é claro, também ser aplicada a outras áreas, como a produção de precisão de chips semicondutores e grandes ópticas de alta qualidade, atuadores adaptativos ou tecnologia de medição de precisão baseada em laboratório. “Onde quer que você precise da mais alta precisão possível que possa ser perturbada por vibrações, nossa tecnologia é uma solução interessante”, os pesquisadores estão convencidos.
Publicação original
A invenção foi publicada e apresentada na IEEE Advanced Intelligent Mechatronics Conference em Boston: https://www.acin.tuwien.ac.at/file/publications/iat/pre_post_print/2024_friedl_aim.pdf
