Fluidic Fuses – Leveraging ‘Programmed Failure’ to Ensure System Health

Ang fluidic fuses ay ang pinakabagong pagbuo sa sektor ng programmed failure. Ang mga device na ito ay gumagawa ng isang gawain na katulad sa mga fuse sa iyong tahanan. Kapag naputol ito dahil sa presyon, maaaring muling magamit at i-reset. Sa ganitong paraan, pinipigilan nito ang pinsala mula sa over-pressurization at nagbibigay ng isang muling magamit na pagpipilian sa merkado. Narito ang kailangan mong malaman.

Programmed Failure

Ang konsepto ng programmed failure ay nakakuha ng pansin ng mga engineer sa loob ng maraming dekada. Ang mga fuse ay isang perpektong halimbawa ng programmed failure. Nagbabago ito kapag nakita ang isang tiyak na halaga ng kasalatan o maikling circuit. Ang pagkabigo nito ay nakapipigil sa mas malaking pinsala sa sistemang pang-elektrika. Sa ganitong paraan, ang mga engineer ay maaaring baguhin ang pagkabigo mula sa isang limitasyon tungo sa isang pakinabang.
Ang mga programmed failure ay nagpapahintulot sa mga engineer na matukoy ang mga punto ng pagod at simulan ang mga awtomatikong proseso kasunod ng kanilang paglabag. Ang susi sa programmed failure ay ang pagkakaroon ng isang malakas na pag-unawa sa mga internal na komponente ng device at ang kanilang mga tumpak na hakbang sa pagkabigo.

Programmed Failure Fluidic Fuse Study

Isang bagong pag-aaral na inilathala sa Cell Reports Physical Science na may pamagat na “Programmable failure in heat-sealable sheet-based fluidic devices“¹ ay nagtuturo ng konsepto ng fluidic fuses. Ang mga fuse na ito ay gumagana sa presyon sa halip na kasalatan. Kapag ang isang pipe na mayroong isa sa mga device na ito ay nakatanggap ng sobrang presyon, ang fluidic fuse ay magbabago batay sa mga predeterminadong threshold, na nagpapahintulot sa maraming scenario ng paggamit.

Sheet-based Fluidic Fuses

Ang pangunahing bahagi ng pag-aaral ay isang bagong uri ng sheet-based fluidic fuse. Ang mga fuse na ito ay gumagamit ng manipis, flexible na mga sheet ng materyal na espesyal na pinagsama-sama upang bumuo ng isang internal na network. Ang network na ito ay mayroong fluid na magpapaputok sa mga fuse sa mga partikular na lugar kung ang presyon ay hihigit sa mga preset na parameter.

Source – RICE University

Paano Nababago ang Fluidic Fuses

Ang fluidic fuses na itinuturo ng mga engineer sa pag-aaral na ito ay gumagamit ng isang multi-bond approach. Ang bawat seal ay mayroong isang hiwalay na lakas at presyon na setting kung saan ang bond ay magbabago. Ang setup na ito ay nagpapahintulot sa sistemang magbigay ng maraming mga indikador ng kaligtasan at simulan ang isang multi-step process upang maiwasan ang karagdagang pagkabigo batay sa kasalukuyang presyon ng kondisyon.

Tatlo na mga Rehimen ng Pagkabigo

Ang mga mananaliksik ay nakilala sa tatlo na mga pangunahing yugto ng pagkabigo na may kaugnayan sa thermal bonding process na ginamit sa paggawa ng mga fluidic fuses na ito. Ang unang yugto ay nangyayari kapag ang lakas ng bond ay tumataas habang tumataas ang temperatura ng bonding. Sa ikalawang yugto, isang plateau ay nabubuo kung saan ang materyal mismo ang nagpapasiya ng cohesive failure. Ang huling yugto ay kasangkot sa overheating sa panahon ng paggawa, na nagpapahina sa integridad ng materyal at nagpapababa sa threshold ng pagkabigo nito.
Ang adhesion ay tumutukoy sa kung paano ang mga fluidic fuses ay pinagsama-sama. Ang mas matibay ang adhesion method, ang mas maraming presyon ay kinakailangan upang maputol ang fuse. Ang mga engineer ay nakapansin din na ang hugis ng bawat fluidic fuse ay may kaugnayan sa pagbabago ng presyon. Ang mga mas intricate na disenyo ay mas malamang na magbabago sa mas mababang presyon, na nagpapahintulot sa tumpak na pagtugma.
Ang huling alalahanin ay ang pagganap ng impact. Ang pag-aaral ay nakatuon sa isang solong sistema ng materyal at pinag-arala kung paano ang iba’t ibang temperatura ng bonding ay nakaaapekto sa pag-uugali ng pagkabigo. Sa halip na subukin ang maraming mga materyal, ang pananaliksik ay nakatuon sa pag-optimisa ng mga kondisyon ng thermal bonding upang kontrolin ang programmed failure. Bukod dito, ang materyal ay kinakailangan na makayanan ang mga pagbabago ng temperatura.

Programmed Failure Fluidic Fuse Test

Ang grupo ay nagsubok ng kanilang teorya sa pamamagitan ng paggawa ng maraming fluidic fuses. Ang mga device na ito ay sumailalim sa iba’t ibang mga pagsubok. Ang mga burst test ay ginamit upang matukoy ang tumpak na pagbasa ng presyon ng pagkabigo. Bukod dito, ang adhesion ay sumailalim sa isang serye ng T-peel test upang subukan ang lakas nito.

Programmed Failure Fluidic Fuse Test Results

Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpakita na ang mga fluidic fuses ay makakapigil sa pinsala dulot ng over-pressurization sa maraming mga sistema. Bukod dito, ang grupo ay nakapansin sa kakayahan na simulan ang mga sequence ng gawain mula sa isang solong input ng presyon.
Halimbawa, imahinasyon mo ang isang sistema ng kaligtasan na nagbubukas ng mga switching input, nagbabala sa mga tauhan ng kaligtasan, at nagbubukas ng mga exhaust valve nang awtomatiko dahil sa nakitang overpressurization. Ang uri ng sequencing na ito ay ang simula lamang ng isang bagay.

Programmed Failure Fluidic Fuse Benefits

Ang pag-aaral na ito ay maaaring humantong sa maraming mga benepisyo sa iba’t ibang mga industriya. Halimbawa, ang sektor ng soft robotics ay maaaring gumamit ng teknolohiyang ito upang gawing mas ligtas at mas matalino ang mga non-compliant na robot.

Programmed Failure Fluidic Fuse Framework

Isa pang benepisyo ng pag-aaral na ito ay nagbibigay ng isang framework para sa karagdagang mga pagbuo kaugnay ng fluidic fuses. Ang mga device na ito ay maaaring gamitin upang matiyak na ang mga sistema ng presyon ay mas ligtas kaysa noon. Ang mga ito ay magaan, abot-kaya, at muling magagamit. Bukod dito, ang mga ito ay maaaring muling magamit na may kaunting gastos.

Trigger

Isa pang malaking benepisyo ng fluidic fuses ay ang kanilang kakayahan na gumana bilang isang solong input switch. Nauna na, ang mga engineer ay nakagawa ng maraming mga senaryo kung saan ang isang fluidic fuse ay maaaring estratehikong ilagay upang simulan ang maraming mga gawain sa loob ng isang device o sa iba’t ibang mga device.

Future of Fluidic Fuses

Sa hinaharap, ang mga fluidic fuses ay maaaring pagsamahin sa mga teknolohiya ng IoT (Internet of Things) at AIoT upang magbigay ng mga real-time data sa mga kompanya ng logistika at paggawa. Ang mga sistemang ito ay maaaring magpahintulot ng mas ligtas at mas tumpak na pagbabantay ng presyon nang hindi nagpapataas ng mga gastos. Sa gayon, ang mga fluidic fuses ay magiging mas matalino, na nagpapahintulot sa kanilang makipag-usap sa mga mas malalaking sistema sa pamamagitan ng internet sa real-time.

Programmed Failure Fluidic Fuse Researchers

Ang pag-aaral sa fluidic fuse ay inilathala ng mga mananaliksik mula sa Rice na sina Sofia Urbina, Adam Broshkevitch, at Daniel J. Preston. Ngayon, ang mga mananaliksik ay maghahanap ng mga karagdagang mga aplikasyon at pagbuti sa kanilang mga fluidic fuses.

Companies that can Benefit from the Programmed Failure Fluidic Fuse Study

Maraming mga kompanya ang maaaring makakuha ng malaking benepisyo mula sa pag-aaral na ito. Halimbawa, ang mga kompanya ng robotics ay maaaring gumamit ng pag-aaral na ito upang gawing mas ligtas at mas matalino ang mga soft robot. Ang mga nangunguna sa teknolohiya ng soft robotics ay palaging naghahanap ng mga pagbuti na magpapabuti sa kanilang ROI at mga kakayahan ng produkto.

Teradyne

Ang Teradyne (TER ) ay pumasok sa merkado noong 1960 at may punong-tanggapan sa MA. Ang kompanya ay itinatag ni Alexander V. d’Arbeloff at Nicholas DeWolf upang magbigay ng mga reliable at tumpak na automatic test system. Ngayon, ang kompanya ay nag-ooffer ng isang malawak na hanay ng mga sistema ng pagsubok, robotics, software, at mga wireless na pagpipilian.