Öffentlich geförderte Forschungsprojekte am IAVT/ZmP
Methode zur anwendungsorientierten Bewertung und Klassifizierung von Belastungen und daraus abgeleitete Einsatzempfehlungen für robuste elektronische Komponenten für Baumaschinen
BMWK
TUD Institut für mechatronischen Maschinenbau, Stiftungsprofessur für Baumaschinen
Elektrische Baugruppen werden durch die zunehmende Automatisierung, Digitalisierung und Elektrifizierung von Baustellen sowie deren Geräten in zunehmender Anzahl und Integration in Baumaschinen verbaut. Diese sind vor allem in Baumaschinen und deren Anbaugeräten oft starken thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Problematisch ist dabei, dass viele elektrische Komponenten nicht für solche Belastungen vorgesehen und entsprechend dimensioniert sind. Des Weiteren existiert kein Standard zur Prüfung für Elektronik im Baustellenbereich. Aus dieser Problemstellung ergeben sich daher folgende Ziele:
- Aufnahme und Bewertung von Betriebslasten an Baumaschinen
- Analyse komplexer, eingesetzter Baugruppen
- Erarbeitung einer Methode für den Test elektrischer Baugruppen oder/und Komponenten für den Einsatz in Baumaschinen
- Ableiten von Empfehlungen für die Entwicklung elektrischer Baugruppen für Baumaschinen
Extrem Energieeffiziente Edge Cloud Hardware am Beispiel Cloud Radio Access Network
BMBF
- Technische Universität Dresden
- Vodafone Stiftungslehrstuhl für Mobile Nachrichtensysteme
- Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik
- Professur für Compilerbau
- Professur für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie
- Professur für Hochfrequenztechnik
- eesy-IC GmbH Erlangen
- ficonTEC Service GmbH Achim
- viimagic GmbH Dresden
- GCD Printlayout GmbH Erlangen
- Micro Systems Engineering GmbH Berg/Ofr.
- VI-Systems GmbH Berlin
- Assoziiert: GlobalFoundries LLC & Co. KG, Nokia Bell Labs, Vodafone GmbH, Cloud&Heat Technologies GmbH, National Instruments Corp.
Das BMBF Projekt E4C (Extrem Energieeffiziente Edge Cloud Hardware am Beispiel Cloud Radio Access Network) entwickelt ein innovatives Konzept für eine neuartige, skalierbare Computerarchitektur, die aus spezialisierten Rechenknoten und einer neuartigen Kommunikationsstruktur für Datenübertragung zwischen Rechenkernen und -modulen aus elektrischen, optischen und drahtlosen Kommunikationsverbindungen besteht. Sie kann in Edge-Servern in virtualisierten 5G-Funkzugangsnetzen eingesetzt werden und besitzt ein Energieeinsparpotenzial von bis zu 90 %. Die Herstellung der heterogenen Rechenknoten (siehe Abbildung) erfordert eine Kointegration von Chipkomponenten auf einem gemeinsamen Interposer-Leiterplattensubstrat. Im Rahmen des E4C-Projektes werden am IAVT Integrationsansätze für optische und drahtlose Transceiver (TRx) erarbeitet. Zur Integration von mm-Wellen- und optischen Hardware im TRx-Modulen wurden im DFG Sonderforschungsbereich 912 HAEC skalierbare Herstellungsprozesse für die Aufbau- und Verbindungstechnik entwickelt. Basierend darauf werden passive Komponenten wie optische Koppler und Antennen mit aktiven IC-Chips zu integrierten TRx-Modulen zusammengeführt. Durch die Verwendung der verlustarmen und zuverlässigen Kontaktiertechniken und optimierter Leitungsführung sowie der neuartigen Chipintegrationstechnologien, kann die in dem Projekt angestrebte Verringerung des Energieverbrauches im Packaging-Bereich ermöglicht werden.
Damit schlägt das Vorhaben eine innovative Lösung für eine Kernproblemstellung von 5G-Basisstationen vor, die zukünftig einen erheblichen Energieaufwand für die Verteilung von Rechenlast in den virtualisierten Funkzugangsnetzen tragen müssen.
Neuartige Fügeverbindungen von Komponenten der Hochleistungselektronik
BMBF - KMU-innovativ
IMG Electronic & Power Systems GmbH
budatec GmbH
PFARR Stanztechnik GmbH
G&W Leiterplatten Dresden GmbH & Co. KG
Fraunhofer IKTS, Materialdiagnostik
Das Ziel dieses Projektes ist die erstmalige Zusammenführung von hybriden Leiterplatten mit den Verbindungstechnologien Diffusionslöten, Sintern und SMT-Löten durch heterogene
Integration, um den KMU hochintegrierte Module der Hochleistungselektronik ab 20 kW aufwärts zu ermöglichen. Anhand der exemplarischen Funktionsbaugruppe vom Anwendungsgeber IMG (Bahnelektronik, Linie 10 Nordhausen, ca. 180 kW) bestehend aus leistungselektronischen Wechselrichtern und Steuerelektronik, sollen die Ziele:
- erstmaliges Zusammenführen von Hochstromleiterplatte und selektiver temperaturfester Fügetechnik,
- multiple Funktionselemente in Leiterplatte integriert (siehe Heat pipe),
- erstmalige integrale Lösung von Logik- und Leistungsteil auf einer Baugruppe als „Single-Board Unit“ innerhalb von Leistungselektronik,
- Kostensenkung in der Fertigung von Leistungselektronik und
- erhöhte Leistungsdichte für Leistungselektronik im Bereich ab 20 kW bis 200 kW und mehr durch geringeren Bauraum und Platzbedarf sowie weniger Gewicht
verfolgt und technologisch nachgewiesen werden.
Miniaturisierter, autonomer Sensor für das Condition Monitoring
BMWi - IraSME-ZIM-Projekt
eologix sensor technology GmbH (Österreich)
SES-TEC OG (Österreich)
FH JOANNEUM GmbH, Institut Electronic Engineering (Österreich)
Universität Klagenfurt, Institut für Intelligente Sensorsysteme (Österreich)
LFG Oertel e.K. (Deutschland)
STV Electronic GmbH (Deutschland)
Technische Universität Berlin, Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik (Deutschland)
Zur Überwachung effizienzsensibler und sicherheitskritischer Systeme, bedarf es neuer elektronischer Sensormodule mit verbesserter Funktion, Integrierbarkeit, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit. In einem Kooperationsverbund aus österreichischen und deutschen FuE-Partnern sollen arbeitsteilig Modul-integrierte Lösungen zur Energiegewinnung und -speicherung, zuverlässige Multilayer-Flex-Technologien, digital-additive Herstellungsverfahren und Modul-integrierte Antennen entwickelt werden. Integriert in einem Sensorsystem sollen sie folgende Vorteile bieten:
- anpassbare Sensorbauform an dreidimensionale Formen zu überwachender Bauteile bei gleichzeitiger Reduzierung von Baugröße und Gewicht,
- drahtlose Kommunikationsfunktion,
- energieautarke Funktion und
- hohe Lebensdauer unter harschen Umgebungsbedingungen in den Anwendungsfeldern regenerative Energie-, Luftfahrt-, Bahntechnik, Robotik, uvm.
Grenzüberschreitend werden Partner aus Industrie und Wissenschaft zusammenarbeiten.
Hochleistungs-Nano-Verbindungen für mikroelektronische Bauteile
BMBF - KMU-innovativ
NanoWired GmbH
Becker & Müller Schaltungsdruck GmbH
GED Gesellschaft für Elektronik und Design mbH
Huber Automotive AG
Die Ziele des Projektes liegen in der Entwicklung einer neuen KlettWelding-basierten Aufbau- und Verbindungstechnologie und zwei elektronischer Demonstratoren (Hochfrequenz-Datenlogger, Hochleistungs-DC/DC-Wandler) auf Basis der neuen Nano-AVT, welche die hohen technischen Anforderungen des autonomen Fahrens erstmals erreichen. Durch den Ersatz konventioneller Lötverbindungen wird der Einsatz von halogenhaltigen Flussmitteln komplett verhindert und die Prozesstemperaturen um mehr als 80% reduziert. Darüber hinaus soll zur Substitution konventioneller Steckverbindungen zwischen Leiterplatten eine neue ganzflächige, starre Verbindung basierend auf der KlettWelding-Technologie entwickelt werden. Damit sowohl der Datenlogger als auch der DC/DC-Wandler in großer Stückzahl herstellbar sind, wird für die KlettWelding-basierten Verbindungen eine neue technische Schnittstelle zur Integration in die Leiterplattenherstellung entwickelt.
Anlagenintegration der Kontakt-Thermografie als schnelles In-Line-Qualitätstool für leistungselektronische Module
BMWi - ZIM
budatec GmbH, Berlin
Kraus Hardware GmbH, Großostheim
Die schnelle und damit in-line-fähige Bewertung der Qualität von flächigen Verbindungsstellen von Leistungshalbleitern, welche durch Löten oder Sintern hergestellt werden, ist ein technisch noch ungelöstes Problem. Herkömmliche diagnostische Verfahren (z.B. Röntgen oder Ultraschallmikroskopie) sind entweder Prinzip-bedingt oder aufgrund der mit ihnen verbundenen Aufwendungen nicht geeignet, um beim Herstellungsprozess der Verbindungsstellen eine unmittelbare Qualitätskontrolle durchzuführen. Im Verlauf eines vorangegangenen Projekts wurde ein als Kontakt-Thermografie bezeichnetes neues Verfahren erdacht und labortechnisch untersucht. Dabei wird eine miniaturisierte Heizstruktur als Messkopf an den gelöteten oder gesinterten Leistungshalbleiter angekoppelt. Anschließend wird ein kurzer Heizimpuls in den Halbleiter eingebracht. Abhängig von der Qualität der unter dem Halbleiter liegenden Verbindungschicht breitet sich dieser Heizimpuls mit verschiedenen Charakteristiken aus. Diese unterschiedliche Ausbreitung wirkt direkt zurück auf die elektrischen Eigenschaften der Heizstruktur, die messtechnisch erfasst werden können. Der eigentliche Messvorgang (inklusive Heizimpuls) erfolgt innerhalb einer Zeit von maximal 1 Sekunde und ist damit absolut echtzeitfähig in die Produktionslinie einzubinden. Die anlagentechnische Umsetzung des Messprinzips und deren Integration in den Prozessablauf bei der Fertigung leistungselektronischer Module wird erstmals eine in-line-fähige Prüfapparatur, die eine echtzeitfähige Aussage zur Verbindungsstellenqualität ermöglicht, bereitstellen. Das Verfahren verspricht, im Vergleich zur bisherigen Praxis aufwändiger nachgelagerter Untersuchungen, eine kostengünstige Realisierbarkeit bis hin zur 100%-Prüfung in Echtzeit und damit eine unmittelbare Rückkopplung auf den vorgelagerten Prozessschritt der Verbindungsbildung.
6G-life
BMBF
Technische Universität München (TUM)
Die TU Dresden und die Technische Universität München haben sich zum Forschungszentrum 6G-Life zusammengeschlossen, um Spitzenforschung für zukünftige 6G-Kommunikationsnetze mit Fokus auf Mensch-Maschine-Kollaboration voranzutreiben. Der Zusammenschluss der beiden Exzellenzuniversitäten bündelt ihre weltweit führenden Vorarbeiten im Bereich des taktilen Internets im Exzellenzcluster CeTI, 5G-Kommunikationsnetze, Quantenkommunikation, Post-Shannon-Theorie, Methoden der Künstlichen Intelligenz sowie flexible Hard- und Softwareplattformen.
IAVT/ZMP arbeitet im Anwendungspaket 3.5 von 6G-Life mit.
Adaptive Mikroelektronik und Netzwerkhardware
ZIEL:
Multifunktionale Interaktion/Kooperation zwischen Mensch und Maschine in 6G, schneller, flexibler und zuverlässiger durch adaptive HW/SW
KI-Mensch-Maschine-Schnittstelle, Sensorfusion, Verhaltenserkennung und -vorhersage, adaptive 6G-Netzwerk-Endknoten (Edge Nodes)
Partner in AP3.5:
TUD Bock, TUD Fettweis, TUD Göhringer, TUM Herkersdorf, TUD Mayr, TUM Steinhorst, TUD Tetzlaff
Arbeitsziele:
- Modellierung, Analyse, Simulation und prototypische Realisierung von neu entstehenden Speichermodulen für die Entwicklung eines In-Memory-Computing-Konzepts und einer adaptiven Edge-Node-Architektur als Kern der Hochgeschwindigkeit und geringen Latenz von KI-Chips / -Systemen
- Direkte Integration von Strukturen eines zellularen nichtlinearen/neuronalen Netzes (CNN) mit haptischen Sensoren und Aktoren
- Rekonfigurierbare chipbasierte Hardware (geringe Latenz und geringer Energieverbrauch) in Kombination mit einer flexiblen Softwarelösung
- Rekonfigurierbare Hardware für Adaptive, energieeffiziente, zuverlässige RAN-Knoten sowie innovative Systemarchitektur und Methodik für 6G
- Chiplet-basierte Mikroelektronik wird das taktile Internet der sechsten Generation (6G) um rekonfigurierbare adaptive Netzwerkknoten und Schnittstellen zwischen Technologie und dem menschlichen Körper erweitern
Silicon Photonics for Trusted Electronic Systems
BMBF
Fraunhofer IPMS Dresden
Fraunhofer IZM-ASSID Dresden
Fraunhofer HHI Berlin
OSRAM Opto Semiconductors Regensburg
qutools GmbH München
Im BMBF Projekt Silhouette (Silicon Photonics for Trusted Electronic Systems) wird gemeinsam mit den Projektpartnern Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS aus Dresden als Projektkoordinator, Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM aus Berlin mit seinem Institutsteil IZM-ASSID in Moritzburg, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik HHI aus Berlin, der Integrated Photonic Devices (IPD)-Gruppe der TU Dresden, dem Technologieentwickler und Hersteller OSRAM Opto Semiconductors aus Regensburg sowie dem Quantenoptik-Entwickler und -Vermarkter qutools aus München eine Plattform für das Design, die Herstellung und den Test von integrierten photonischen Schaltkreisen und elektro-optischen Interposern für photonische Verschlüsselung entwickelt.
Im Rahmen des Silhouette-Projektes wird das IAVT-Team geeignete Integrationstechnologien für skalierbare und parallele Prozesse der E/O-Hybridintegration entwickeln.
Der Fokus liegt hierbei auf der optische Signalübertragung auf Interposerlevel und sowie der Anbindung zu Chip- und Boardlevel. Hierzu werden direkt strukturierbare optische Polymere zur Integration von optischen Wellenleitern und Koppeloptiken verwendet, die eine effiziente und planare Ankopplung an die anorganischen Wellenleiter auf Chipebene ermöglichen. Dazu werden modernste Wellenleitermaterialien, 3D-Druckprozesse, 3D-Substratbearbeitungs- und Einbettungsverfahren sowie neuartige Multilagenprozesse für Metalle sowie Transferprozesse eingesetzt, um die Anzahl der Prozessschritte zu reduzieren und die Ausbeute zu verbessern.
Ziel ist es, bereits bestehende elektrische Interposertechnologien so um die Fähigkeit zur optischen Signalübertragung zu erweitern. Hierfür wird die Kompatibilität zu diesen und zugehörigen Bestückungs- und Kontaktierungsprozessen während der Technologieentwicklung sichergestellt.
Zusätzlich wird ihm Rahmen des Projektes an der automatisierten Charakterisierung der optischen Strukturen auf Chip und Interposer geforscht.
Schwarzer Phosphor in empfindlichen, selektiven und stabilen Sensoren
ForMikro (BMBF)
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
TU Dresden, Professur für molekulare Funktionsmaterialien
TU Dresden, Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik
Zweidimensionale (2d) Halbleiter sind dadurch, dass ihre Eigenschaften nahezu ausschließlich durch die Oberfläche dominiert werden, für Anwendungen als Sensoren ausgezeichnet geeignet. Einige 2d-Materialien sind auch unter den Einflüssen von Umgebungsbedingungen stabil. Andere Materialien reagieren sehr stark auf die sie umgebende Atmosphäre und sind dadurch prinzipiell sehr viel empfindlicher bei der Detektion von kleinen Änderungen der Umgebungsbedingungen. Schwarzer Phosphor, ein Halbleitermaterial mit höchster Mobilität bis 200 cm2/Vs, ändert seine Eigenschaften bei Kontakt mit Umgebungsbedingungen sehr stark, so dass die Fabrikation von elektronischen Bauelementen normalerweise unter Schutzgasbedingungen erfolgt. Ziel dieses Projektes ist es, diese Empfindlichkeit des Materials für Anwendungen als Gas- und Biosensoren zu nutzen und dabei eine stabile und selektive Umgebung zu definieren. Besonders die Selektivität ist eine große Herausforderung für Sensoren, die auf 2d-Materialien und insbesondere auf schwarzem Phosphor basieren, weil die hohe Oberflächensensitivität typischerweise nicht selektiv auf die anbindende Spezies reagiert. Diese Selektivität soll durch di, auf spezielle Barrieren basierende, gezielte selektive Durchlässigkeit der Gehäuseumgebung, in die der Sensor eingebettet wird, erreicht werden. In diesem Projekt wird dabei ein spezieller Gassensor basierend auf schwarzem Phosphor als Labormuster erstellt. Die Gehäuseumgebung, die für die Verkapselung der Sensoren entwickelt wird, kann in weiteren Projekten auch als Plattform für eine große Anzahl verschiedener Sensorkonzepte verwendet werden.
Aufbau- und Verbindungstechnik für optische Sensoren für den Einsatz im autonomen Fahren und in der Industrie 4.0
EFRE / SAB
First Sensor Microelectronic Packaging GmbH Dresden
viimagic GmbH Dresden
MSG Lithoglas GmbH Dresden
Projektziel: Erforschung und Entwicklung eines neuen Chip-On-Board-(COB)-Konzeptes für große Bildsensoren auf Basis von Laminatsubstraten in kleinerer Bauform.
Mit dieser neuen Technologie sollen Deckgläser über der Sensorfläche auf dem Sensorchip unter dem Einsatz von Klebetechnologien im Waferlevel direkt montiert werden.
Für die Abdeckung der Drahtbrücken wird eine spezielle 3D-Drucktechnologie erarbeitet.
Forschungslabor Mikroelektronik Dresden für rekonfigurierbare Elektronik
BMBF
TU Dresden
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert auf Basis dieser Förderrichtlinie Investitionen an Hochschulen mit leistungsfähigem Schwerpunkt in der Mikroelektronik.
Durch die Förderung soll die Forschungsausstattung modernisiert und erweitert werden. So sollen neue Forschungsfelder der Mikroelektronik auf internationalem Spitzenniveau erschlossen werden. Zudem soll der wissenschaftliche Austausch und die Kooperation der geförderten Einrichtungen durch eine Vernetzung untereinander als Teil dieser Richtlinie gestärkt werden.
Gefördert werden Investitionen an Hochschulen mit ausgewiesener Expertise im Bereich der Mikroelektronik. Für das IAVT/ZmP wurde das Dickschichtlabor mit einer Schutzgas-Handschuhbox mit einer Sputter- und Bedampfungsanlage sowie einer Atomlagenabscheidung gefördert.
Funktionsintegrierte Sandwichbauteile für die Flugzeugkabine als Voraussetzung für Industrie 4.0 und innovative Betriebs- und MRO-Prozesse
BMWi
TU Hamburg, Institut für Flugzeug-Kabinensysteme
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH
Gesamtziel des Vorhabens ist der Entwurf von funktionsintegrierten, intelligenten und datenverarbeitenden Sandwichbauteilen für die Kabine – so genannte Bauteile 4.0. Bei Flugzeugbauteilen geht man bisher traditionell aus Sicherheits- und Zuverlässigkeitsgründen strikt von einer Funktionstrennung aus: Eine Funktion, ein Bauteil. Diese hierarchische System- und Funktionseinteilung steht dem Streben nach multifunktionalen hochintegrierten und damit gewichtsoptimierten Bauteilen behindernd gegenüber. Der Automobilbau hat bewiesen, dass gerade die Integration von weiteren Funktionen, wie Energie- und Datenübertragung in Bauteile zur Gewichtsverminderung des Gesamtsystems bei mindestens gleicher Zuverlässigkeit und Sicherheit führt. Stets ist die Funktionsintegration auch mit einem Gewinn an Komfort für die Insassen verbunden und führt zu intelligenteren Produktions- und/oder einfacheren Montage- und Wartungsprozessen.
Auch im Luftfahrzeugbau besteht daher die Notwendigkeit, das Prinzip der Funktionsintegration bei Bauteilen anzuwenden. Die Kabine bietet dazu beste Möglichkeiten, funktional hochintegrierte Bauteile mit diversen Elektronik- und IT-Funktionalitäten zu entwerfen, zu fertigen und einzusetzen. Relevante Bereiche sind hier z.B. die Kabineninnenverkleidung, der Fußboden, die Monumente und viele weitere in der Kabine eingesetzte Sandwichbauteile.
Mechatronics Alliance Saxony – Technology beyond the limits
BMBF
SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz
XENON Automatisierungstechnik GmbH, Dresden
Adenso Industrial Services GmbH, Dresden
i2s Intelligente sensorsysteme Dresden GmbH
Kontron AIS GmbH, Dresden
sunfire GmbH, Dresden
Vitesco Technologies GmbH, Limbach-Oberfrohna
Fraunhofer IWS, Dresden
ITW e.V. Chemnitz
Die AllMeSa-Technologieführerschaft realisiert mit durchgängigen High-Performance-Fertigungstechnologien weltweit Anlagen und Produkte.
Die AllMeSa-Schlüsseltechnologien mit mechatronische Komponenten, Baugruppen und Verfahren partizipieren am Wachstumsmarkt der Mechatronik (Sensorik, Aktorik, Elektronik).
Die AllMeSa Partner-Allianz deckt die progressiv steigende Komplexität von Produkten und Technologien ab und entwickelt aus dem regionalen Kompetenznetzwerk das passende Produkt.
IAVT Teilprojekte in AllMeSa
Das IAVT trägt zu den Verbundprojekten 3 und 4 zu und unterstützt damit die ProjektteilevonAllMeSa um Neuartige Druckzellen-Strukturierung mittels Laserbearbeitung und Glas-Sensorik für den Brennstoffzellen- oder Elektrolyse-Stack zu entwicklen.
IAVT entwickelt in TP4.5 einen Druck/ Kraftsensor auf Ultradünnem Glas UTG mit der Zielstellung eine Hybridtechnologie auf Ultradünnglas als Schlüssel zur Hochtemperatursensorik zu entwickeln.
Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop
DFG-geförderter Exzellenzcluster
TU München
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Fraunhofer-Gesellschaft
Wandelbots
Deutsche Telekom
atlantic labs
IAVT Teil des Exzellenzclusters CeTI
Das “Zentrum für taktiles Internet mit Mensch-Maschine-Interaktion” (CeTI) der TU Dresden will die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine revolutionieren. Menschen sollen künftig in der Lage sein, in Echtzeit mit vernetzten automatisierten Systemen in der realen oder virtuellen Welt zu interagieren. D.h., der Mensch wird sich in der Mitte der Rückkopplungsschleife zwischen den Cyber- und den physischen Komponenten technischer Systeme befinden. Um dieses Ziel zu erreichen arbeiten in diesem Projekt verschiedene Fachrichtungen der TU Dresden zusammen, unter anderem Elektro- und Informationstechnik, Psychologie, Medizin und Neurowissenschaften. Zusätzlich wird das Projekt durch externe Partner (wie z.B. die TU München und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt) unterstützt.
Das IAVT ist im Rahmen des Projektes für die Forschung an zuverlässiger flexibler und dehnbarer Elektronik beteiligt. Für die zentrale Herausforderung in CeTI werden Sensoren, wie Berührungs- und Positioniersensoren, aber auch Aktoren an vielen Stellen am Körper benötigt. Die Energieversorgung und die Kommunikation zwischen den einzelnen Elementen sichern Leiterzüge, welche sich durch geeignete mechanische Eigenschaften an die Bewegungen und Formen des Menschen anpassen, jedoch ungestört ihre Funktion verrichten. Zudem wird aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichen Elementen ein höchster Integrations- und Miniaturisierungsgrad abverlangt, um die Bewegungsabläufe nicht zu beeinflussen. Darüber hinaus werden eine sehr schnelle Verarbeitung der Sensorsignale und eine verzögerungsfreie Kommunikation der Sensorknoten zwischen Mensch und Maschine sowie mit dem Netzwerk bzw. der Edge-Cloud vorausgesetzt, sodass diese Elektronik auch für sehr hohe Arbeitsfrequenzen ausgelegt werden muss.
Forschergruppe Optische Aufbau- und Verbindungstechnik für 3D-optomechatronische Baugruppen (3D-opto-MID)
DFG
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik und Institut für Optik, Information und Photonik)
Leibniz Universität Hannover (Institut für Transport- und Automatisierungstechnik)
Laserzentrum Hannover e.V.
In aktuellen Roadmaps wird zunehmend die Rolle optischer Bussysteme als Rückgrat kommender Sensor- und Infotainmentnetzwerke in vielen Bereichen hervorgehoben. Besonders Automobil-, Luftfahrt- und Industrie-4.0-Anwendungen profitieren von hoher EMV-Kompatibilität und geringem Gewicht. Neben diesen Vorteilen sind besonders die hohe Bandbreiten-Energie-Effizienz sowie der geringe Platzbedarf optischer Verbindungen hervorzuheben. In Zeiten stetig steigender Datenmengen geraten Standard-Kupferverdrahtungen zunehmend an ihre Grenzen, speziell durch den Energieverbrauch bei hohen Übertragungsraten.
In der Forschergruppe OPTAVER (Optische Aufbau- und Verbindungstechnik für baugruppenintegrierte Bussysteme) werden die Modellierung, die Simulation und die additive Fertigung polymerer Lichtwellenleiter auf flexiblen Foliensubstraten und deren Verbindung durch asymmetrische Buskoppler als optisches Bussystem untersucht. In der ersten Förderperiode konnten die Systembestandteile wie geplant realisiert und im Zusammenwirken demonstriert werden. Dabei wurden die Lichtwellenleiter zunächst auf einer zweidimensionalen Folie aufgebracht. Diese wurde im Vorfeld konditioniert, um das Aspektverhältnis des Wellenleiters zu verbessern.
In der zweiten Förderperiode soll nun die Erweiterung auf dreidimensionale opto-mechatronisch integrierte Bauteile (3D-opto-MID) untersucht werden. Hierzu wird die Umformbarkeit der thermoplastischen Foliensubstrate genutzt. Die dreidimensionale Integration von optischen und mechatronischen Funktionalitäten führt zu einer Steigerung der Integrationsdichte und einer Erweiterung der Gestaltungsmöglichkeiten von opto-MID. Die lösbaren optischen Koppler bieten zudem eine 3D-fähige rekonfigurierbare Anbindung an ein Bussystem.