Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM hat sich zum Ziel gesetzt, autonome Technologien von der Forschung in industrielle Anwendungen zu überführen. Dabei kann es auf seine Expertise in der Miniaturisierung und Integration komplexer elektronischer Systeme zurückgreifen.
Am Fraunhofer IZM liegt der Fokus traditionell auf der Entwicklung hochintegrierter elektronischer Systeme und deren zuverlässigem Betrieb unter realen Einsatzbedingungen. Als Teil der Mikroelektronik-Forschung innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft und der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland arbeitet das Institut an Schlüsseltechnologien, die Europas technologische Wettbewerbsfähigkeit sichern sollen. In diesem Kontext übernimmt die Forschungsfabrik eine zentrale Rolle innerhalb der europäischen Mikroelektronikstrategie: Sie wurde als Hosting-Entity für eine der fünf europäischen Pilotlinien ausgewählt, deren Ziel es ist, modernste Integrationsverfahren entlang der gesamten Wertschöpfungskette bereitzustellen: Vom Chipdesign über die Systemintegration bis hin zur Validierung nahe am Produkt. „Damit erhalten europäische Unternehmen Zugang zu hochmodernen Entwicklungs- und Fertigungsumgebungen, die Innovationen deutlich beschleunigen können“, erklärt Erik Jung, Wissenschaftler aus dem Team der strategischen Geschäftsfeldentwicklung.
Autonome Systeme
Autonome Systeme bilden dabei einen wichtigen Anwendungsbereich der Forschung am Fraunhofer IZM. „Viele Diskussionen rund um Autonomie fokussieren sich stark auf Software und künstliche Intelligenz (KI). Wir rücken dagegen gezielt die Hardwareseite in den Mittelpunkt“, betont Jung. Denn im Gegensatz zu klassischen IT-Systemen können viele autonome Geräte nicht dauerhaft auf Cloud-Infrastrukturen zurückgreifen. Drohnen, mobile Roboter oder verteilte Sensorsysteme müssen ihre Datenverarbeitung und Entscheidungslogik direkt auf dem Gerät ausführen. „Daraus entstehen hohe Anforderungen an kompakte, energieeffiziente und gleichzeitig leistungsfähige Hardwareplattformen“, so der Wissenschaftler.
Lieferdrohnen
Als Beispiel nennt er die Entwicklung autonomer Lieferdrohnen, die eine Vielzahl von Funktionen wie Navigations- und Routenverfolgung, Hinderniserkennung, Steuerung der Antriebssysteme sowie Sensorik für Umwelt- und Positionsdaten benötigen. In herkömmlichen Lösungen wird diese Funktionalität häufig über kompakte Rechnerplattformen realisiert. Am Fraunhofer IZM besteht die Herausforderung darin, diese Funktionen drastisch zu miniaturisieren und in hochintegrierte Systemlösungen zu überführen. „Unser Ziel ist es, Sensorik, Steuerungselektronik und Aktorik so zusammenzuführen, dass sie nur noch den Platz einer Streichholzschachtel einnehmen, ohne die Leistungsfähigkeit einzuschränken. Gleichzeitig müssen diese Systeme unter extrem unterschiedlichen Umweltbedingungen zuverlässig arbeiten, sei es bei arktischen Temperaturen, tropischer Luftfeuchtigkeit oder starken mechanischen Belastungen im Flugbetrieb“, beschreibt Jung die Herausforderung.
Die dafür erforderlichen Technologien entstehen im institutseigenen Technologiepark, in dem unterschiedliche Integrationsverfahren sowie Aufbau- und Verbindungstechniken kombiniert werden. Hier werden elektronische Komponenten, Sensorik und Hochfrequenzelemente in hochdichte Systemarchitekturen integriert. Die Anwendungsfelder dieser Technologien reichen weit über autonome Fluggeräte hinaus. Das Fraunhofer IZM arbeitet branchenübergreifend mit Partnern aus der Medizintechnik, der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt zusammen.
Zusammenarbeit mit Industriepartnern
Die strategische Geschäftsfeldentwicklung am Institut zielt zudem darauf ab, technologische Möglichkeiten und industrielle Bedarfe zusammenzuführen. „Unternehmen wenden sich häufig mit konkreten Entwicklungsherausforderungen an uns. Aus diesen Anforderungen entstehen maßgeschneiderte Forschungs- und Entwicklungsprojekte, in denen neue Integrationslösungen entwickelt und prototypisch umgesetzt werden“, beschreibt Jung das Vorgehen.
Die Präsentation auf der XPONENTIAL Europe im Rahmen des IVAM-Gemeinschaftsstands dient daher nicht nur der Vorstellung einzelner Technologien, sondern vor allem dem Dialog mit potenziellen Anwendern. „Viele Unternehmen sind sich der Möglichkeiten moderner Mikrointegration noch nicht vollständig bewusst. Durch Demonstratoren und Beispiele möchten wir zeigen, wie sich Sensorik, Hochfrequenztechnik und Steuerungselektronik in extrem kompakten Systemen kombinieren lassen“, so Jung.
Autorin: Sonja Buske
