MEMS 2015 geht neue Wege bei Mikro-Elektromechanischen Systemen
Neue Entwurfsmethodik ebnet Weg für neuartige Sensoren und Aktoren – Roboter können damit künftig besser sehen und tasten.
Der Entwurf von Mikro-Elektromechanischen-Systemen (MEMS) steht vor einem technologischen Umbruch: In dem Forschungsprojekt „Schaltplanbasierter Entwurf von MEMS für Anwendungen in Optik und Robotik“ – kurz MEMS2015 –, erkunden Experten aus Forschungseinrichtungen und Industrie völlig neue Methoden für die MEMS-Entwicklung. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und von der Robert Bosch GmbH koordiniert. Ziel ist es, erstmalig eine universelle Entwurfsmethodik zu entwickeln, die die Lücken zwischen Elektronik- und Mechanik-Design, der Fertigung sowie der anschließenden Integration in Produkte schließt.
Abb.: Im Airbag-Steuergerät AB plus hat Bosch die Inertialsensoren des ESP integriert, die Sensoren zur Messung von Drehrate und Querbeschleunigung. Dies reduziert die Kosten und den Bedarf an Bauraum. (Bild: Bosch)
MEMS sorgen mithilfe von leistungsfähigen und kompakten Sensor- und Aktorsystemen zum Beispiel dafür, dass sich Airbags rechtzeitig vor dem Aufprall eines Autos aufblasen, der Gefäßdruck oder Sauerstoffgehalt im Bereich der Intensivmedizin gemessen wird oder Digitalkameras wackelnde Bewegungen ausgleichen.
Mit den neuen Methoden lassen sich neuartige Sensor- und Aktorsysteme entwickeln: Damit können zum Beispiel Roboter künftig besser sehen und tasten. Mit einer Art Baukastensystem wollen die MEMS2015-Forscher die Lücken zwischen der Chip- und Sensorfertigung sowie der anschließenden Integration der Bausteine in Produkte schließen. Die Möglichkeiten einer breiten MEMS-Anwendung im professionellen und sicherheitsrelevanten Umfeld werden damit deutlich erweitert. Zudem können kleine und mittelgroße Unternehmen dank der neuen Methoden in Zukunft auch MEMS entwerfen und viel häufiger und in größerer Vielfalt als heute in ihre Produkte integrieren. Das Marktpotenzial lässt sich so um bis zu 50 Prozent steigern.
Abb.: Der neue Drehratensensor von Bosch ist in Silizium-Oberflächenmikromechanik gefertigt. Er zeichnet sich durch eine digitale Signalverarbeitung und ein aktives internes Fehlermonitoring aus. (Bild: Bosch)
Die neuen Entwicklungsansätze ermöglichen künftig ganz neue Lösungen in den Leitanwendungen Optik und Robotik. So sind weitreichende Anwendungen von Mikrospiegel-Arrays denkbar, wie sie bereits heute in Projektoren eingesetzt werden, Damit können zum Beispiel einmal Bilder über eine Art Brille direkt auf die Netzhaut projiziert werden. In der Robotik können Kraftfühler und Profilometer entwickelt werden, die Oberflächen noch genauer als bisher analysieren beziehungsweise einen äußerst genauen Tastsinn nachbilden. Die Ergebnisse des Projekts werden im Rahmen des Vorhabens anhand realer MEMS-Prototypen überprüft, die dadurch auch als Demonstratoren fungieren.
„Die Qualität und vor allem die Produktivität des Entwurfs von MEMS werden durch das Projekt MEMS2015 auf ein neues Niveau gehoben.“ sagt Prof. Dr. Ralf Sommer, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Instituts für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, einer der acht Projektpartner. „Elementare Dinge, wie zum Beispiel ein schaltplanbasierter Entwurf, werden im Mikroelektronik-Design bereits erfolgreich genutzt. Diese werden jetzt auf den MEMS-Entwurf übertragen.
Das bietet den Anwendern enorme Vorteile: MEMS2015 ermöglicht zum einen neue, höchstkomplexe Produkte, wie Mikrospiegel-Arrays, und beschleunigt deren Markteinführung. Zum anderen werden wir durch das Projekt langfristig einen Lego-Bausteinähnlichen Entwurf ermöglichen, der gerade auch kleinen und mittelständischen Unternehmen zugutekommt. Sie werden dadurch in die Lage versetzt, sich ihre Lösungen individuell und maßgeschneidert in einem flexiblen MEMS- und Elektronik-Baukastensystem zusammen zu setzen.“
Das auf drei Jahre angelegte und vom BMBF im Rahmen der Hightech- Strategie der Bundesregierung und dem Förderprogramm IKT2020 mit rund 3,5 Millionen Euro unterstützte Forschungsprojekt MEMS2015, bündelt die Potenziale von acht Partnern aus Forschung und Industrie: Cadence Design Systems GmbH, Carl Zeiss SMT GmbH, Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme GmbH, Robert Bosch GmbH, Technische Universität München, TETRA Gesellschaft für Sensorik, Robotik und Automation mbH, Universität Bremen und X-FAB Semiconductor Foundries AG. Das Projektmanagement von MEMS2015 übernimmt das edacentrum in Hannover.
Bosch / OD
