Les chercheurs ont mis au point un pansement extensible et flexible qui pourrait faciliter l’imagerie ultrasonore sur des structures de forme irrégulière, comme les pièces de moteur, les turbines, les coudes de tuyaux de réacteurs et les voies ferrées – des objets difficiles à examiner avec un équipement à ultrasons conventionnel.

Le patch à ultrasons est un outil polyvalent et plus pratique pour inspecter une machine et ses pièces de construction à la recherche de défauts et de dommages profondément sous la surface.

Une équipe de chercheurs dirigée par des ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego a publié l’étude dans le Mar. 23 numéro de Science Advances.

Le nouvel appareil surmonte une limitation des appareils à ultrasons d’aujourd’hui, qui sont difficiles à utiliser sur des objets qui n’ont pas de surfaces parfaitement planes. Les sondes à ultrasons conventionnelles ont des bases plates et rigides, qui ne peuvent pas maintenir un bon contact lors du balayage sur des surfaces courbes, ondulées, inclinées et autres surfaces irrégulières. « C’est une limitation considérable« , a déclaré Sheng Xu, professeur de nano-ingénierie à la San Diego Jacobs School of Engineering de l’Université de Californie à San Diego et auteur correspondant de l’étude. « Les surfaces non planes sont courantes dans la vie de tous les jours« , a-t-il dit.

« Les coudes, les coins et autres détails structurels sont les zones les plus critiques en termes de défaillance : ce sont des zones de fortes contraintes », a déclaré Francesco Lanza di Scalea, professeur de génie civil à UC San Diego et co-auteur de l’étude. « Les sondes rigides et plates conventionnelles ne sont pas idéales pour l’imagerie des imperfections internes à l’intérieur de ces zones. »

Le gel, l’huile ou l’eau sont généralement utilisées pour créer un meilleur contact entre la sonde et la surface de l’objet qu’elle inspecte. Mais une trop grande quantité de ces substances peut manquer certains des signaux. Les sondes à ultrasons conventionnelles sont également encombrantes, ce qui les rend peu pratiques pour l’inspection de pièces difficiles d’accès.

« Si un moteur de voiture présente une fissure dans un endroit difficile d’accès, pour l’inspecter il faudra démonter tout le moteur et immerger les pièces dans l’eau pour obtenir une image 3D complète « , a déclaré Xu.

Aujourd’hui, une équipe dirigée par UC San Diego a mis au point une sonde à ultrasons douce qui peut travailler sur des surfaces de forme irrégulière sans eau, gel ou huile.

La sonde est une fine plaque de silicone élastomère structurée. Il s’agit essentiellement d’un ensemble de petites pièces électroniques (îlots) qui sont reliées entre elles par des structures à ressorts (ponts). Les îles contiennent des électrodes et des dispositifs appelés transducteurs piézoélectriques, qui produisent des ondes ultrasonores lorsque l’électricité les traverse. Les ponts sont des fils de cuivre en forme de ressort qui peuvent s’étirer et se plier, ce qui permet au patch de se conformer aux surfaces non planes sans compromettre ses fonctions électroniques.

Les chercheurs ont testé l’appareil sur un bloc d’aluminium avec une surface ondulée. Le bloc contenait des défauts de deux à six centimètres sous la surface. Les chercheurs ont placé la sonde à divers endroits sur la surface ondulée, ont recueilli des données et ont ensuite reconstruit les images à l’aide d’un algorithme de traitement des données personnalisé. La sonde a été en mesure d’imager les trous et les fissures de 2 millimètres de large à l’intérieur du bloc.

Patch à ultrasons flexible et extensible
Le timbre ultrasonore flexible peut se conformer aux coudes des tuyaux (à gauche), aux bords des roues (à droite) et à d’autres structures de forme irrégulière.

« Ce serait bien de pouvoir coller cette sonde à ultrasons sur un moteur, une aile d’avion ou différentes parties d’un pont pour surveiller en permanence les fissures », a déclaré Hongjie Hu, étudiant au doctorat en science et ingénierie des matériaux à l’UC San Diego et premier auteur de l’étude.

L’appareil en est encore à l’étape de la preuve de concept. Il ne fournit pas encore d’imagerie en temps réel. Il doit également être connecté à une source d’alimentation et à un ordinateur pour traiter les données. « A l’avenir, nous espérons intégrer à la fois la puissance et une fonction de traitement des données dans la sonde ultrasonore souple pour permettre l’imagerie et la vidéo sans fil et en temps réel », a déclaré M. Xu.

 

Titre de l’article : « Réseaux de transducteurs ultrasoniques extensibles pour l’imagerie tridimensionnelle sur des surfaces complexes ».

L’équipe a déposé un brevet sur cette technologie.
Communiquez avec Victoria Cajipe, du Bureau de l’innovation et de la commercialisation du campus, à vcajipe@ucsd.edu ou au (858) 822-2304 pour obtenir des renseignements sur les licences.

Ce travail a été financé en partie par les National Institutes of Health (subvention R21EB025521) et en partie par les Clinical and Translational Science Awards (UL1TR001442). Un soutien supplémentaire a été fourni par l’UC San Diego Center for Healthy Aging, une subvention de la Federal Railroad Administration (FR-RRD-0027-11) et de la National Science Foundation (CMMI-1362144).

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