Nano-optische sensoren maken structurele veiligheidsmonitoring van gebouwen met kleurvariaties mogelijk

Naarmate gebouwen ouder worden, is de vraag naar effectieve monitoring van hun structurele integriteit aanzienlijk toegenomen. Een doorbraak in nano-optische sensortechnologie maakt nu nauwkeurige, realtime meting van structurele vervorming en stabiliteit mogelijk.

Deze innovatie belooft het veld van structurele diagnostiek opnieuw vorm te geven en een kosteneffectieve, tijdbesparende oplossing te bieden die de behoefte aan gespecialiseerde expertise die traditioneel op dit gebied vereist is, vermindert.

Onder leiding van Dr. Jae Sung Yoon, hoofdonderzoeker bij het Nano-lithography & Manufacturing Research Center binnen de Nano-convergence Manufacturing Research Division van het Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), verbonden aan het Ministerie van Wetenschap en ICT, en Ph. .D. kandidaat Nguyen Hoang Minh van de UST-KIMM School, liet het onderzoeksteam zich inspireren door de structurele kleuring die werd waargenomen in natuurlijke fenomenen zoals pauwenveren en morpho-vlinders.

Het team heeft met succes een geavanceerde spanningssensor van het filmtype ontwikkeld waarin nanofabricagetechnologie is verwerkt. Wanneer toegepast op gebouwen of andere infrastructuur, verandert de kleur van de film in overeenstemming met de omvang en aard van de vervorming, waardoor de nauwkeurige en efficiënte detectie van structurele veroudering en schade voor veiligheidsbeoordelingen wordt vergemakkelijkt.

De nano-optische sensortechnologie van KIMM zet mechanische vervorming om in visuele kleurveranderingen door het gebruik van nanopatronen. Deze aanpak visualiseert vervorming als beeldgegevens, waardoor de noodzaak voor pigmenten, kleurstoffen of externe stroombronnen wordt geëlimineerd.

Door smartphonetechnologie te gebruiken om de kleur te kwantificeren, worden nauwkeurige en gedetailleerde metingen bereikt, waardoor het traditionele structurele monitoring- en meetproces wordt gestroomlijnd tot een eenvoudige patchtoepassing.

Een al lang bestaande technische uitdaging bij onderzoek naar nanostructurele kleuring is de variatie in kleur, afhankelijk van de observatiehoek. Het onderzoeksteam heeft een doorbraak bereikt door een technologie te ontwikkelen die consistente kleuring garandeert, ongeacht de kijkhoek, wat een wereldprimeur is.

Dit nieuwe nanopatroon behoudt een uniforme kleur en biedt een standaardreferentie om hoekgerelateerde discrepanties te compenseren, waardoor nauwkeurige metingen van vervorming mogelijk zijn, ongeacht specifieke observatiehoeken.

Daarnaast heeft het onderzoeksteam een ​​AI-gecombineerde monitoringoplossing ontwikkeld die kleurveranderingen analyseert om potentiële risico’s te beoordelen.

Door de meetmethoden te diversifiëren via smartphone-applicaties, drones, robotica, CCTV en andere geavanceerde technologieën, zijn ze nu in staat schade en risico’s in gebouwen en constructies te detecteren en analyseren die voorheen moeilijk in te schatten waren.

Door gebruik te maken van deze kerntechnologie ontwikkelde het team ook een film die in staat is de manifestatie van kleur te beheersen, waardoor deze kan worden toegepast als een transparante film die alleen onder specifieke omstandigheden patronen onthult.

Deze vooruitgang biedt aanzienlijke mogelijkheden voor toepassingen op het gebied van de bestrijding van namaak en beveiligingsfilms.

De nano-optische sensortechnologie van KIMM heeft geleid tot de indiening van meer dan tien binnenlandse patenten, evenals een internationaal patent (PCT), terwijl een aanvullend Amerikaans patent momenteel wordt beoordeeld.

De technologie was gemarkeerd als het omslagpapier erin ACS toegepaste nanomaterialen en is ook geaccepteerd voor publicatie in Vooruitgang op nanoschaal.

Het onderzoeksteam werkt actief samen met industriële partners via technische briefings en uitwisselingen. En het team sluit nu een overeenkomst voor technologieoverdracht met een bedrijf, met als doel de adoptie van deze innovatie te versnellen.

Dr. Jae Sung Yoon, hoofdonderzoeker bij KIMM, zei: “Deze nano-optische sensortechnologie brengt een revolutie teweeg in de beoordeling van structurele veroudering en stabiliteit in gebouwen en faciliteiten. Door een uiterst nauwkeurige monitoringoplossing te leveren tegen lagere kosten, willen we een bijdrage leveren om de openbare veiligheid en maatschappelijke stabiliteit te verbeteren.”

Het project, getiteld “Ontwikkeling van slimme monitoringtechnologie voor bouwveiligheid en rampenbeheer op basis van nano-optica en machinaal leren”, sluit aan bij de missie van het ministerie om technologische innovatie voor de veiligheid van de infrastructuur te bevorderen.