הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן

Micro Scale Angular Rate Sensors

Zoom Seminar

Ronen Maimon
Ph.D. student of Prof. Slava Krylov

15 ביולי 2020, 14:00

zoom

"Zoom Seminar"
Wednesday, July 15, 2020 at 14.00
Join Zoom Meeting
https://zoom.us/j/4962025174
The meeting will be recorded and made available on the School’s site.

Micro-gyroscopes based on microelectromechanical systems (MEMS) technology became an indispensable component of many engineering systems starting from computer games and mobile phones and up to autonomous cars, drones and wearable medical devices. In the past 20 years, the use of micro-gyroscopes gradually become more widespread also in the field of navigation, guidance and control. In this arena, tactical and inertial grade gyroscopes are often required to operate in harsh environments while preserving their key sensing characteristics. This is very challenging task, which continues to stimulate an extensive research in both academia and industry. In the present work, several architectures of inertial micro sensors were introduced and explored. The goal was to investigate a possibility to improve the robustness of the devices to the environmental factors using the suggested designs.
In the talk, the key aspects of the modeling, design, fabrication, integration and characterization of a novel, tactical-grade, single axis tuning fork gyroscope will be presented and discussed. The device is distinguished by a combination of two detection techniques – capacitive and optical – in the same fully functional, robust, single crystal Si, vacuum packaged device with integrated electronics. The goal of the research, mainly focused on the design and modeling of the mechanical core of the device, was to investigate the feasibility of the suggested architecture and sensing approach and their potential for a possible performance/robustness enhancement.To measure the sensor's main figures of merit an extensive rate-table performance study was carried out. The adopted approach allowed the achievement of tactical grade performance of the sensor and excellent values of bias instability (BI) parameter lower than 0.7/h. The device also demonstrated low thermal sensitivity with the scale-factor deviation of less than 0.01% for the of 100 C temperature range. The carefully designed dynamically balanced architecture resulted in highly improved Q-factor of 140000One of the approaches allowing improved performance of micro gyros is to exploit more efficient actuation. In the framework of the research, a new approach allowing excitation of large amplitude vibrations through the parametric resonance (PR) mechanism was introduced and investigated.The main distinguished feature of the suggested approach is that the PR is excited though the inertia (rather than commonly used stiffness) modulation. We demonstrate, using the model, that modulation of 12% in the moment of inertia can be achieved in a multi-DoF tilting device. Our model results indicate that the PR-based driving of the two DoF structure allows to maintain the almost constant resonant amplitude within the frequency range of more than 200 Hz. Devices of several configurations were designed, fabricated from the silicon on insulator (SOI) substrates and characterized. The suggested inertia modulation paradigm can be implemented in various inertial sensors including micro gyros as well as frequency sensors based on a mechanical heterodyning principle.

08 יוני 2020

פרויקט שחרור פיקו לוויין במסגרת פרויקטי גמר

אי שם מעל האטמוספירה מרחפים להם לוויינים במהירות אדירה של עשרות אלפי קילומטר לשעה ומביטים בנו, מאפשרים לנו לתקשר זה עם זה, לנווט בדרכים, לנתח שינויי מזג האוויר, להעביר שידורי טלוויזיה ועוד.

כיום חברות ממשלתיות ופרטיות רבות עוסקות במזעור של לוויינים על מנת לצמצם עלויות שיגור. מזעור הלווינים הנשלחים לחלל מגדילה את היכולת לבצע רישות לוויני נרחב בעלות נמוכה. מעבר לכך המזעור יכול לסייע לגופים פרטיים בפן המחקרי והחינוכי ולבצע שיגורי לווינים לימודיים.

במסגרת פרויקטי הגמר לתואר ראשון בלימודי הנדסה מכנית הסטודנטים אלעד קליין, בר שיטרית, ליעד אנוקוב בחרו לבנות פיקו לוויין. מטרת הפרויקט היא תיכון ובניית מנגנון בעל מימדים מוגדרים לפיזור פיקו לוויינים מתוך זביל אשר מסוגל להיות ניתן לשליטה מהקרקע. "בתור מהנדסי מכונות אנחנו מתעניינים רבות בעולם החלל והלוויינות, מתוך סקרנות נמשכנו לבחור את הפרוייקט הזה שעוסק בטכנולוגיה חדשה של פיקו לוויינים זעירים. כחלק מהתואר פחות נחשפנו לעולם החלל ולכן ניצלנו את ההזדמנות להעמיק את הידע בעזרת הפרוייקט" מספרת בר שיטרית.

בתמונה מימין לשמאל: דני ברקו, ליעד אנוקוב, בר שיטרית ואלעד קליין

מהו פיקו לוויין?

פיקו לוויין הינו לוויין קטן מימדים (ממוזער) וקל משקל אשר היתרון הבולט בשימוש בו הוא היכולת לשגר בו בעת מספר רב של לוויינים ובכך להוזיל עלויות שיגור. השימוש בפיקו לוויינים הוא לרוב לצרכי תקשורת, איסוף מידע, ומחקר זה הוא תחום בתנופה. תחום הננו לווינים, אבן דרך משמעותית בתהליכי המזעור ואף הנפוצה ביותר, הינו תחום מבוסס מאוד. בעולם קיים שוק רחב של לוויינות. קיימים שירותים רבים המוצעים על ידי חברות פרטיות החל ממכירת רכיבי מדף להרכבה עצמית ועד שיגורי לוויינים ממוזערים לחלל.

פרופ' סיון טולדו מהפקולטה למדעים מדוייקים אוניברסיטת תל אביב מפתח פיקו לווייינים העשויים ממספר רכיבים מינימלי. גודל הפיקו לווין הוא כקופסה קטנה המכילה 2 כרטיסים אלקטרוניים. "אנחנו בבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה תכננו וייצרנו מבנה ייעודי ממנו פיקו לווינים אלו ישוגרו ולאחר מכן יפלטו לחלל לאחר שחרור מהמשגר. בצורה זו, ניתן לצמצם אף יותר את עלויות השיגור ולאפשר כיסוי לווייני רחב יותר" מסביר דני ברקו, רכז הפרויקטים להנדסה מכנית. "כיוון שמערכות המכילות בתוכן מספר פיקו לווינים אינן נפוצות, בצענו תכן והדמיה של אופן שחרור פיקו הלוויינים. לכן אנו מתכננים לבצע ניסויים למנגנון ההפלטה של הפיקו הלוויינים מתוך מבנה ייעודי אותו תכננו וייצרנו". אומר דני.

צוות ליווי

מנחה: רוני שפיר
מנהל הפרויקט: דני ברקו
לקוח: פרופ' סיון טודלו - הפקולטה למדעים מדוייקים אוניברסיטת תל אביב
יועץ: אלעד שגיא - מהנדס מערכת ננו לווין אוניברסיטת תל אביב

ידיעות נוספות בנושא

EE ZOOM Seminar: Hybrid Cache with Gain-Cell embedded-DRAM

08 ביוני 2020, 15:00

ZOOM

השתתפות בסמינר תיתן קרדיט שמיעה = עפ"י רישום שם מלא + מספר ת.ז. בצ'אט

Join Zoom Meeting

https://us04web.zoom.us/j/2737782417?pwd=a0w3QjEvMWtaQlhMeFhxa1l0bkxPdz09

Meeting ID: 273 778 2417

Password: 4VdSzP

Speaker: Junyi Zhou

M.Sc. student under the supervision of Prof. Shlomo Weiss

Monday, June 8^th, 2020 at 15:00

Hybrid Cache with Gain-Cell embedded-DRAM

Abstract

In typical embedded CPU, the on-chip storage is critical to meet high performance requirements and is desired to be large. However, the fast increasing size of the on-chip storage based on traditional SRAM cells, such as first level data (L1D) cache and register file (RF), makes the area cost and energy consumption unsustainable for future embedded applications.

In this paper, we propose to use the Gain-Cell embedded-DRAM (GC-eDRAM) as an alternative for the on-chip first level data (L1D) cache. In general, compared to SRAM conventional memory cells, GC-eDRAM (e.g. 2T1C) enables higher density and lower leakage power, but suffers from long data access latency and limited Data Retention Time (DRT). Periodic refresh operation is a viable approach to maintain data integrity but aggravates the performance and energy consumption with the scaling of eDRAM cells into low-power deep sub-micron technology nodes.

However, recent advancements in Gain-Cell embedded-DRAM technology enables fast data access and long DRT. In detail, we propose to replace the data array of the L1D cache with Gain-Cell eDRAM while keeping the conventional usage of SRAM in the tag array which takes up very small portion area-wise of the cache comparably.

The evaluation on our proposed hybrid L1D cache demonstrates that, comparing to the conventional SRAM-based designs, our novel architecture exhibits comparable performance with less energy consumption and smaller silicon area, enabling the sustainable on-chip storage scaling for future embedded CPUs.

EE ZOOM Seminar: Sub-Rate Linear Network Coding

10 ביוני 2020, 15:00

ZOOM

השתתפות בסמינר תיתן קרדיט שמיעה = עפ"י רישום שם מלא + מספר ת.ז. בצ'אט

Join Zoom Meeting

https://zoom.us/j/95354623108?pwd=Z05PcWtBOEtST0h1RDNSeXd2a3Jtdz09

Meeting ID: 953 5462 3108

Password: 285087

Speaker: Ben Grinboim

M.Sc. student under the supervision of Dr. Ofer Amrani

Wednesday, June 10^th, 2020 at 15:00

Sub-Rate Linear Network Coding

Abstract

Increasing Network Capacity is the holy grail of communication. Network Coding in general, and Linear Network Coding (LNC) in particular, is a scheme enabling to do so in the framework of a communication network applying a communication scheme that is more complex than point-to-point communication between a single source and a single sink, i.e. multicast or broadcast of messages. Traditionally, a network’s sink was assumed to be able to decode the source’s messages only if the max-flow between it and the information’s source was higher than the rate in which this source generates messages.

In this seminar, the concept of Sub-Rate Coding and Decoding in the framework of LNC is introduced for single-source multiple-sinks finite acyclic networks. This methodology offers a modification to an existing LNC, so that the source transmits its messages in a manner in which a given set of sinks (termed Sub-Rate Sinks), whose max-flows are smaller than the source's message-rate, can still decode a portion of the transmitted messages, without degrading the maximum achievable rate of LNC Sinks whose max-flow is equal (or greater) than the source’s rate.

The seminar will set the conditions which a set of Sub-Rate Sinks has to satisfy in order for it to be Fully Sub-Rate Decodable, meaning that each Sub-Rate Sink in this set can decode with a rate equal to its full max-flow, without degrading the communication to the regular (non-Sub-Rate) sinks.

For other cases, a scheme called Partial Sub-Rate Coding will be suggested, in which a set of Sub-Rate Sinks are able to decode messages in a rate generally lower than their max-flows.

עולם התחבורה החכמה לפני ואחרי הקורונה.

ההרצאה בזום ללא תשלום נדרש רישום.

03 ביוני 2020, 10:30

zoom

הרצאה: עולם התחבורה החכמה לפני ואחרי הקורונה.

תאריך 3/6 בשעה 10:30

ההרצאה בזום ללא תשלום נדרש רישום

טופס הרשמה: https://bit.ly/3cg4Gfg

Mse "Zoom" Seminar

Prof. Yonatan Dubi

"Nano-Plasmonic photo-catalysis: a hot debate on “hot” electrons"

02 ביוני 2020, 15:00 - 16:00

Join Zoom Meeting
https://zoom.us/j/96140109164?pwd=UEFQSWxkV3RUdjBVU3Z0Y1kzWlR1dz09

Meeting ID: 961 4010 9164
Password: 578018

What happens to electrons in a metal when they are illuminated? This fundamental problem is a driving force in shaping modern physics since the discovery of the photo-electric effect. In recent years, this problem resurfaced from a new angle, owing to developments in the field of nano-plasmonics, where metallic nanostructures give rise to resonantly enhanced local electromagnetic fields (surface plasmons). Presumably, these plasmons can transfer their energy to the electrons in the metal very efficiently, creating “hot electrons”, i.e. energetic electrons out of equilibrium. In a series of high-impact papers, such energetic electrons have been experimentally demonstrated to be useful in a variety of ways, most recently in catalysis of chemical reactions.

Or have they?

In this talk we argue that what appears to be hot-electron-mediated photo-catalysis is really a simple heating effect. We present a theory for plasmonic hot-electron generation, which takes into account non-equilibrium as well as thermal effects, thus going well beyond the limit of existing theories. Calculating the efficiency of hot-electron generation, we find that it is extremely small, and most power goes into heating. We use this theory to re-interpret data from central experiments claiming hot-electron generation, and show that the data fits remarkably well (and with minimal number of fit parameters) a simple theory of heating. Invoking Occam’s razor, this implies that these highly-cited papers were wrong in their interpretation of the data. We underline a series of (sometimes horrific) experimental errors that are responsible for this misinterpretation, and suggest control experiments to further test our conclusions.

[1] Y. Sivan, J. Baraban, I. W. Un & Y. Dubi, Comment on "Quantifying hit carrier and thermal contributions in plasmonic photocatalysis", Science 364, eaaw9367 (2019).

[2] Y. Dubi & Y. Sivan, "Hot" electrons in metallic nanostructures - no -thermal carriers or heating? Nature Light: Science & Applications 8, 89 (2019)

[3] Y. Sivan, I. W. Un & Y. Dubi, Thermal effects - an alternative mechanism for plasmonic-assisted photo-catalysis, Chem. Sci., 2020, 11, 5017-5027

[4] Y. Sivan, J. Baraban & Y. Dubi, Eppur si riscalda -- and yet, it (just) heats up: Further Comments on "Quantifying hot carrier and thermal contributions in plasmonic photocatalysis", OSA Continuum 3, pp. 483-497 (2020).

[5] Y. Dubi & Y. Sivan, Assistance of metal nanoparticles to photo-catalysis - nothing more than a classical heat source, Faraday Discussions 2019, 10.1039/C8FD00147B.

ד"ר אינס צוקר, ynet, מאי 2020

קרא עוד אודות ד"ר אינס צוקר, ynet, מאי 2020

תגיות:

החוקר.ת מאחורי המחקר

פרופ' טלי אילוביץ

ד"ר טלי אילוביץ מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית והעומדת בראש המעבדה לאולטרסאונד, מפתחת טכנולוגיות חדשות בתחום האולטרסאונד. דוגמא לטכנולוגיה שכזו היא שימוש באולטרסאונד טיפולי לצורך טיפולים לא פולשניים כתחליף להתערבות כירורגית חיצונית. הטיפול מושג ע"י שימוש בבועיות גז קטנות שקוטרן הוא כעשירית בלבד מקוטר תא דם אדום. במקור, הבועיות הללו פותחו כחומר ניגוד לדימות של כלי דם באולטרסאונד וכיום גם משמשות כפלטפורמה טכנולוגית לריפוי. באמצעות הזרקה של מיקרו-בועות ומיקוד של אולטרסאונד בתדר נמוך, הבועות תתכווצנה ותתרחבנה באזור הספציפי, דבר שיאפשר מעבר של חומרים מתוך כלי הדם אל הרקמה שמסביב. בצורה כזו לדוגמה ניתן להשתמש באולטרסאונד טיפולי שחודר מבעד לגולגולת כדי לפתוח את מחסום הדם-מוח בצורה ממוקדת והפיכה על מנת לאפשר מעבר של תרופות לטיפול במחלות שונות. את הפלטפורמה הזו ד"ר אילוביץ מקווה להמשיך לפתח ולהרחיב לטיפול במגוון מחלות, החל מגידולים סרטניים ועד לאלצהיימר ופרקינסון.

לאחר סיום הדוקטורט שלה, ד"ר אילוביץ המשיכה לפוסט דוקטורט בבית הספר לרפואה שבאוניברסיטת סטנפורד ובתחילת השנה הצטרפה לסגל המחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב. במחקרה שהתפרסם החודש במגזין המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences , ביחד עם חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד פיתחו טכנולוגיה לא פולשנית מבוססת אולטרסאונד לצורך העברת גנים אל תוך גידולים סרטניים.

השיטה משלבת אולטרסאונד עם מיקרובועות שנקשרות אל התאים הסרטניים. כאשר אולטרסאונד מופעל, המיקרובועות מתנהגות כמו ראשי נפץ נקודתיים שיכולים לפעור חורים בממברנות של התאים הסרטניים ולאפשר מעבר של הגנים דרכם. הפלטפורמה הטיפולית החדשה נועדה לתפוס שתי ציפורים במכה אחת. ראשית, המיקרובועות תוקפות את התאים הסרטניים ולאחר מכן הגן שמועבר לתוכם מאותת למערכת החיסון להרוס את שארית הגידול. התגובה החיסונית המערכתית שנוצרת מסוגלת למגר גידולים נוספים שלא טופלו ישירות.

הקליקו למאמר המלא

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

מחקרים אחרונים

עבודותו האחרונה של פרופ' עמית גפן פורסמה השבוע בכתב העת Journal of Wound Care בנושא COVID-19,

נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי >

פרופ' ממן מהפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב ופרופ' גרשמן מאוניברסיטת חיפה-מכללת אורנים,

יצור אתנול רפואי מפסולת חקלאית לחיטוי וירוס >

טכנולוגייה חדשה ליצירה ושליטה בקרינת טרה-הרץ בעזרת מטא-חומרים

דימות וגילוי מרחוק ע"י גלי טרה-הרץ >

תגיות:

החוקר.ת מאחורי המחקר

פרופ' הדס ממן שטינדל

המאבק נגד נגיף הקורונה מתחיל בשמירה על היגיינה וחיטוי, לכן עם התפרצות וירוס הקורונה עלתה הדרישה לאלכוהול לצורך חיטוי. אלכוהול (אתנול) הוא חומר החיטוי הנפוץ ביותר ומשמש לייצור אלכוג'ל, ספטול ודומיהם. נכון להיום, בישראל אין ייצור מקומי של אתנול וב-2018 ייבאה ישראל 23,000 טונות של אתנול, כאשר מרביתו מיוצר ממקורות מזון ראויים לבני אדם כגון תירס. נכון להיום, מדינת ישראל תלויה לחלוטין ביבוא של אתנול, והבעייתיות הופכת למשמעותית יותר בעת מגפות כאשר יש הסגרים כללים, ומגבלות ייבוא גדולות.

מחסור בחומרי חיטוי בישראל

כחלק מעבודת המחקר של פרופ' ממן יחד עם הדוקטורנט שלה רועי פרץ ושאר צוות החוקרים במעבדה, עוסקים בטיפול בפסולות המהוות מטרד לאדם ולסביבה, והפיכתה לאלכוהול, מוצר שימושי כתחליף דלק למשל. עם התפרצות המגפה, ניכר כי יש מחסור גדול של חומרי חיטוי בארץ. "הופעתנו לגלות כי מדינת ישראל, נכון להיום, תלויה לחלוטין בייבוא אלכוהול לצורך חיטוי. מכאן ועד בחירת הנושא למחקר לטובת ייצור אלכוהול כחומר חיטוי למען המאבק בקורונה היה קצר.

במחקר משותף שמומן בימים אלה ע"י משרד המדע, הצוות של פרופ' ממן מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב ופרופ' גרשמן באוניברסיטת חיפה-מכללת אורנים, הדגימו ייצור אתנול מפסולות מגוונות כגון גזם עירוני, בעזרת טיפול קדם באוזון והמרתה לאלכוהול בתהליך חדשני. בכך מדינת ישראל תוכל לייצר בעצמה אלכוהול ללא חשש ממחסור היות וזה מיוצר מפסולת.

תמונה ממפעל נייר חדרה

ייצור אתנול מפסולות מגוונות

פרופ' ממן, ראשת התוכנית ללימודי הנדסת סביבה לתארים מתקדמים בפקולטה להנדסה מסבירה כי "פריצת הדרך שלנו בכך שהצלחנו לייצר אתנול בצורה אפקטיבית מפסולות מגוונות כגון גזם עירוני וחקלאי, קש, פסולת נייר ובוצת נייר וכד', בעזרת טיפול קדם בגז אוזון. שימוש באוזון מציג שיטת טיפול קדם פשוטה וזולה להקמה והפעלה שכמעט ואינה מזהמת ואינה דורשת שימוש בחומרים מסוכנים וניתנת לביצוע בקנה מידה מקומי ועולמי. בימים אלו אנחנו מקימים באוניברסיטת תל-אביב פיילוט יישומי לייצור אלכוהול לחומר חיטוי מפסולת במדינת ישראל. אך ישנם אתגרים במחקר מכיוון שכחלק מתהליך הגמלון, והמעבר מסקאלה מעבדתית לפיילוט יישומי, האתגר יהיה להעלות את רמת יעילות תהליך יצירת אלכוהול מפסולות רבות".

עוד אומרת פרופ' ממן כי "למחקר פוטנציאל רב מכיוון שבישראל מיוצרים מדי שנה כ-620,000 טונות של פסולות צמחיות ודומות שאין להן שימוש. במחקר זה, גם נטפל בבעיית הפסולות וגם נייצר מוצר בעל ערך רב שיאפשר עצמאות למדינת ישראל בייצור אתנול. יתרון נוסף של התהליך שלנו שמדובר על תהליך שיכול לעבוד עם כמויות פסולות שונות ומגוון של פסולות, וגם להשתלב עם הטיפול קדם החדשני שלנו יחד עם חברות שיש להם תהליכי התססה וזיקוק. פיתחנו גם שיטה חדשנית לייצור אתנול מפסולת מיחזור נייר וקרטון. התהליך שפותח מבוסס גם על טכנולוגית אוזונציה חדשנית אשר מאפשרת חמצון ופירוק של מרכיב הליגנין בפסולת, הידוע כמעכב את תהליך המרת הפסולת לאתנול. על בסיס תהליך זה נרשם לאחרונה פטנט בארה"ב. בישראל בלבד בכל שנה נוצרים כ-35,000 טונות של פסולות תהליך מיחזור נייר, אשר בלא פתרון אחר משונעות להטמנה".

בנימה אישית

"המגפה האחרונה לקחה מאיתנו את הדבר היקר לנו מכל- קרבה אנושית. המאבק במגפה מאלץ אותנו להיות בריחוק כדי לשמור את היקרים לנו. אין ראוי מלהצטרף למאבק בקורונה ולתרום לבריאות הציבור. לא רק זה, בעת שהותי בשבתון בהודו נחשפתי להשפעה הסביבתית של שריפת פסולות חקלאיות במעבר בין הגידולים שונים וההשפעה על זיהום האוויר ועל ההחמרה במצב עקב שינויים האקלימיים שהשפיעו משך ועוצמת המונסונים. זה חיזק אצלי את החשיבות של המחקר שלנו על ניצול הפסולות החקלאיות ליצירת תהליך מבוזר, שיוכל לאפשר לחקלאים למשל להרוויח מאי-שריפת הפסולות החקלאיות, הרווח הסביבתי והחברתי וגם נכון להיות עוד יותר, שמירה על בריאות הצבור בשל מגפות עולמיות" מסכמת פרופ' ממן.

לכתבה ב YNET

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון