Mehatronika i područja njene primjene, komponente mehatroničkih sustava, sustavi upravljanja, aditivna proizvodnja te rad u laboratoriju”
Predavanja i praktičan rad u laboratoriju iz akademske zajednice (5. grupa – modul 1)
Peta grupa stručnog usavršavanja “Set stručnih usavršavanja iz područja mikro i nano tehnologija” koja se sastoji od dva modula, održana je na Tehničkom fakultetu (RITEH), pri Centru za mikro- i nanoznanosti i tehnologije (NANORI) te na fakultetu za fiziku Sveučilišta u Rijeci.
Datum održavanja: 29.08.2023
Provedena radionica uključivala je predavanja te praktičan rad u laboratoriju. Polaznici su u prvom koraku dobili teorijsku podlogu o mehatronici i područje njene primjene, upoznati su s pojmovima razlučivosti, točnosti i preciznosti. U okviru predavanja predstavljeni su osjetnici i pokretači kao karakteristične komponente mehatroničkih sustava te su navedeni primjeri upotrebe ovih komponenti u sustavima visoke preciznosti i točnosti pozicioniranja. Prezentirane su tehnologije mikro sustava te sustavi visokoprecizne i aditivne proizvodnje. Bilo je riječi i o podatljivim elementima i mehanizmima kao alternativi konvencionalnim mehaničkim komponentama. Potom su polaznici bili pobliže upoznati s metodama matematičkog modeliranja sustava analitičkim putem te iz mjerenih podataka kao preduvjet za regulaciju i/ili upravljanje. Pokazani su primjeri upravljanja robota te mehatroničkih sustava za visokoprecizno pozicioniranje.
Nakon teorijskog uvoda, održan je prvi dio praktične radionice u laboratoriju gdje su polaznici imali priliku raditi s hardverskom upravljačkom opremom na koju su spajali različite osjetnike i pokretače. U sklopu rada u laboratoriju, ukratko su se upoznali i s osnovama LabVIEW grafičkog programskog sučelja te su napravili i pokrenuli jednostavna grafička sučelja koja omogućavaju čitanje podataka s osjetnika te prikaz na računalu ali i pokretanje aktuatora putem takvog sučelja. Polaznici su pozitivno reagirali na pristup koji je demonstriran te su primjetili da se isti može primjeniti u srednjoškolskoj nastavi, što bi potencijalno obogatilo kvalitetu nastavnog procesa. U drugom dijelu praktične radionice, demonstriran je funkcionalan primjer mehatroničkog sustava mjerenja aktivacije mišića podlaktice pomoću elektromiografskih (EMG) osjetnika i korelacija takvog signala s osjetnikom sile. Opisana je krajnja namjena ovog sustava koji je još uvijek u fazi daljnjeg razvoja a koristiti će se kao ključni element sustava za rehabilitaciju pokretljivosti ruku pacijenata koji su preživjeli moždani udar.
U nastavku radionice, kroz kratko predavanje su predstavljeni konvencionalni sustavi aditivne proizvodnje i 3D skeniranja. Potom je uslijedila praktična radionica aditivnih tehnologija i 3D skeniranja. Kroz rad u laboratoriju pokazan je praktičan primjer skeniranja postojećeg 3D objekta te određivanje njegovog digitalnog modela koji je moguće 3D tiskati. Pokazan je primjer uređivanja jednostavnog modela (koji ne zahtijeva dugo vrijeme tiskanja) te je isti ispisan u okviru radionice.
Zadnji dio prvog dana radionice sastojao se od teorijskog uvoda kao pripreme za radionicu koja se održavala idući dan. U okviru predavanja predstavljene su mikro- i nanotehnologije i sustavi, a posebno eksperimentalne metode poput nanoindentacije i mikroskopa atomskih sila za određivanje svojstava materijala i pojava u mikro i nano domeni.
Tijekom radionice je uspostavljena iznimno dobra interakcija s polaznicima koji su pokazali veliki interes postavljajući veći broj pitanja, nastojeći pritom staviti naglasak na mogućnost primjene stečenog znanja u okviru nastave koju izvode u svojim školama.
“Mikro- i nanotehnologije i sustavi: MEMS i NEMS i kvantna mehanika, eksperimentalne tehnike (osnovne postavke i rad u laboratoriju): nanoutiskivanje, mikroskopija atomskih sila, elektronska mikroskopija, tanki filmovi i kromatografija”
Predavanja i praktičan rad u laboratoriju iz akademske zajednice (5. grupa – modul 2.)
Datumi održavanja: 30.08.2023. i 31.08.2023.
Nakon što su u zadnjem dijelu radionice koja je održana prethodni dan, polaznici upoznati s eksperimentalnom metodom određivanja mehaničkih svojstava materijala malog volumena koristeći metodu nanoindentacije, uslijedila je praktična radionica u Laboratoriju za precizno inženjerstvo i tehnologiju mikro- i nanosustava. Nanoindenter koji je dostupan u sklopu Centra za mikro- i nanoznanosti i tehnologije (NANORI) jedinstven je uređaj u RH te je glavni cilj praktične radionice bio polaznike upoznati s mogućnostima ovog uređaja te eksperimentalnim aktivnostima koje se na njemu mogu provoditi. Provedeni su pokazni eksperimenti te je metoda korelirana s klasičnom metodom indentacije (određivanja tvrdoće materijala na makro razini). Voditelj radionice predložio je i buduću suradnju u vidu terenske nastave srednjoškolskih učenika kako bi bili upoznati s najmodernijim tehnologijama te kako bi se pobudio njihov interes za studiranje u području mikro i nano tehnologija.
Nadalje, održana je praktična radionica s ciljem upoznavanja polaznika s osnovnim principima pretražne mikroskopije. Polaznici su kroz teoretski uvod i demonstracije upoznati s metodama mjerenja i karakterizacija tankih filmova te nano- i mikrostruktura pomoću mikroskopa atomskih sila koji je jedinstven u RH zbog svojeg širokog spektra mogućih modaliteta mjerenja i modularne strukture. Kroz radionicu su opisani i demonstrirani osnovni modaliteti rada uređaja: kontaktni način mjerenja, dinamički ili tapping način mjerenja, te njihove inačice za mjerenje sile adhezije, sile trenja i mehaničkih svojstava analiziranih uzoraka tankih filmova. Polaznicima su također demonstrirani osnovni principi metoda za kalibriranje osjetnika mikroskopa atomskih sila, koji su potrebni za dobivanje preciznih i kvantitativnih mjerenja na nanorazini. Polaznici su na radionici bili involvirani u rad s instrumentom, te su pokazali aktivno sudjelovanje kroz postavljanja pitanja i diskusiju vezano za ovu jedinstvenu i sofisticiranu laboratorijsku tehniku.
Na predavanju s naslovom Osnove kvantne mehanike za razumijevanje fizikalnih svojstava nanomaterijala, polaznicima je predstavljen značaj kvantne teorije za razumijevanje elektroničkih svojstava nanomaterijala i suvremenih tehnologija, koje diktira kvantna priroda elektrona u čestičnoj ili valnoj slici. Primjena te teorije u suvremenoj tehnologiji ilustrirana je primjerima MOSFET tranzistora i FLASH memorije kao sastavnim dijelovima računala, mobitela i ostalih tehnologija. Drugi dio predavanja bio je namijenjen prikazu temeljnih svojstava poluvodiča i njihovih glavnih tipova, te primjeni poluvodiča u optoelektronici.
Nakon predavanja o poluvodičima i njihovoj ulozi u suvremenoj tehnologiji, održana je praktična radionica sinteze tankih poluvodičkih filmova pomoću uređaja za depoziciju atomskih slojeva (ALD). Konkretno, napravljena je sinteza tankih filmova cink oksida na podlozi od silicija te na kvarcnom staklu. Polaznici su upoznati s principom rada uređaja, parametrima koji se mogu mijenjati s ciljem dobivanja drugačijih svojstava narastanih filmova. U drugom dijelu radionice, sudionici su upoznati s UV-VIS spektroskopijom pomoću koje su odredili apsorpcijsku krivulju napravljenih filmova. Također, objašnjena je metoda određivanja energije zabranjene zone poluvodiča pomoću izmjerene apsorpcijske krivulje. Na kraju, polaznicima su kratko objašnjeni principi rada te za što se mogu koristiti još dva uređaja: uređaj za rendgensku fotoelektronsku spektroskopiju (XPS) i maseni spektrometar sekundarnih iona (SIMS).
U prvom jutarnjem terminu zadnjeg dana stručnih usavršavanja, održano je predavanje pod nazivom Pretražna elektronska mikroskopija u karakterizaciji uzoraka. Na predavanju je najprije uveden pojam mikroskop te je opisan optički mikroskop s kojim su se polaznici već ranije susreli. Nakon toga je uslijedio kratki povijesni pregled razvoja mikroskopije. Nadalje, predstavljen je pretražni elektronski mikroskop, njegovi sastavni dijelovi te njegov princip rada. Detaljno je predstavljena metoda pripreme različitih vrsta uzoraka, od čvrstih materijala, pa sve do bioloških i praškastih uzoraka. Na kraju je predstavljena i posebna metoda pomoću koje je moguće odrediti elementni sastav uzoraka, tj. energo-disperzivna spektroskopija rendgenskih zraka.
Nakon što su na predavanju polaznici usvojili što je to pretražni elektronski mikroskop, na koji način funkcionira, koji su njegovi osnovni dijelovi, koji su načini pripreme uzoraka, te im je predstavljena energo-disperzivna spektroskopija rendgenskih zraka, uslijedila je praktična radionica. Pretražni elektronski mikroskop i uređaji za pripremu uzoraka koji su dostupni u Laboratoriju za pretražnu elektronsku mikroskopiju (zajednički laboratorij Centra za mikro- i nanoznanosti i tehnologije i Fakulteta za fiziku Sveučilišta u Rijeci) su jedni od modernijih uređaja takve vrste u Republici Hrvatskoj. Glavni cilj praktične radionice je bio polaznike upoznati s mogućnostima ovog uređaja te eksperimentalnim aktivnostima koje se na njemu mogu provoditi. S polaznicima su analizirani tanki filmovi TiO2 i ZnO narastani s tehnikom depozicije atomskih slojeva na Silicijevoj (Si) podlozi. Pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa analizirana je površina uzoraka, određena je debljina filmova te je određen elementni sastav filma pomoću energo-disperzivne spektroskopije rendgenskih zraka. Polaznici su aktivno sudjelovali u izvođenju analize pokušavajući izoštriti sliku uzorka pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa.
Nakon toga, na predavanju naslovljenom Uvod u kromatografske metode analize polaznici su se upoznali s osnovama i principima rada kromatografskih analitičkih metoda. Ukratko su predstavljene instrumentalne metode za kvalitativno i kvantitativno odijeljivanje smjesa molekula te njihove primjene u znanosti i industrijskim sektorima. Nakon predavanja polaznici su u Laboratoriju za sintezu funkcionalnih materijala Centra za mikro- i nanoznanosti i tehnologije izvodili pokuse separacije uzoraka pomoću tankoslojne kromatografije (TLC). Praktično su se upoznali s postupkom nanošenja uzoraka na TLC pločama, izradom kromatograma i identifikacijom uzoraka. Voditeljici radionice predložena je i buduća suradnja u vidu terenske nastave srednjoškolskih učenika.
Za kraj usavršavanja održano je predavanje Nanotehnologija u srednjoškolskoj nastavi. Nanoznanost i nanotehnologija izrazito su interdisciplinarna područja koja objedinjuju znanja i vještine iz matematike, fizike, kemije, biologije, ali i znanja iz područja primjene, kao što su elektrotehnika, energetika, medicina, strojarstvo i dr. Kroz ovo predavanje pokušalo se odgovoriti na pitanja: jesu li u našem visokoškolskomu obrazovanju napravljene odgovarajuće promjene i koja je uloga sveučilišta u stvaranju kvalificiranih kadrova u području nanotehnologije, kakva je situacija u obrazovnim sustavima u svijetu po pitanju stjecanja znanja o nanotehnologiji, na koji način je moguće nanoznanost i nanotehnologiju povezati s nastavom u školi? Polaznicima su dane poveznice na materijale na stranom jeziku, koji bi im mogli biti korisni za održavanje nastave te su razmijenjena mišljenja o tome što bi trebalo poduzeti da se nanoznanost i nanotehnologija sustavno implementiraju u proces srednjoškolskog obrazovanja.
Svi polaznici su na raspolaganje su dobili sve edukativne materijale koji su korišteni u sklopu trodnevnog stručnog usavršavanja te su im osigurane odgovarajuće potvrde o sudjelovanju.
