Forschungsprojekt von MIT und Max-Planck-Institut Elektronik mit der Schere zurechtschneiden

Neue Wege in der Elektronikfertigung gehen Forscher des US-amerikanischen MIT und des Max-Planck-Instituts für Informatik: Sie haben Sensoren entwickelt, deren Form und Größe jeder mit der Schere nach Belieben zuschneiden kann. Als Basistechnologie dient die Gedruckte Elektronik.

Dass dabei die Elektronik trotz Schnitten und entfernter Stücke weiter funktioniert, ermöglicht eine neuartige Anordnung der gedruckten Schaltkreise. Als Basistechnologie dient den Wissenschaftlern die Gedruckte Elektronik.  »Die Herstellungskosten dafür sind inzwischen so gering, dass der Druck unserer Folie im DIN-A4-Format auf einem Spezialdrucker im Labor nur knapp einen US-Dollar kostet«, so Dr. Jürgen Steimle vom Max-Planck Institut in Saarbrücken. 

Doch das alleine reichte nicht aus, um den Sensor unverwundbar gegen Schnitte, Beschädigungen und das Abtrennen ganzer Bereiche zu machen. Bisher ähnelte der Schaltplan eines Multitouch-Sensors dem Karopapier in Rechenheften: Die Drähte verlaufen vertikal und horizontal, an ihren Schnittpunkten sitzen die berührungsempfindlichen Elektroden, bilden Reihen und Spalten. Über die Drähte sind sie mit einer Steuereinheit verbunden. Auf diese Weise ist zwar nur eine minimale Anzahl von Drähten notwendig, jedoch ist dieses Schaltungslayout auch anfällig für Störungen. Da ein Draht gleich mehrere Elektroden miteinander verbindet, ist der Schaden umso größer, wenn er durchtrennt wird. „Es war nicht leicht eine Anordnung zu finden, die für unsere Zwecke robust genug ist“, erklärt Steimle. Bei ihrer Suche ließen sich die Forscher von Vorbildern aus der Natur inspirieren, etwa dem menschlichen Nervensystem und dem Wurzelgeflecht von Pilzen.

Zwei Grundlayouts erfüllten ihre Anforderungen. Bei der  Stern-Topologie sitzt die Steuereinheit im Zentrum und ist von dort aus mit jeder Elektrode separat verbunden. Bei der Baum-Topologie sitzt die Steuereinheit ebenfalls in der Mitte und ist auch mit jeder Elektrode verbunden. Allerdings sind die Drähte dabei so gebündelt, dass ihr Verlauf einer Baumstruktur entspricht. Erst bilden sie alle einen horizontalen Ast, die das Elektrodenfeld in zwei Hälfen aufspaltet. Dann verzweigen sie sich, um ihre jeweilige Elektrode zu erreichen.
Die Forscher fanden in ihren Tests heraus, dass sich die Stern-Topologie sehr gut für häufig verwendete Grundformen wie Dreieck, Rechteck oder Ovale eignet. Darüber hinaus unterstützt sie auch speziellere Formen wie Stern, Wolke und Herz. Komplementär dazu ist die Baum-Topologie. Diese ermöglicht es, ganze Bereiche herauszuschneiden. Die Wissenschaftler konnten außerdem beide Layouts miteinander kombinieren, damit der neuartige Sensor für eine Vielzahl von Zuschnitten verwendet werden kann.

»Wir wollen eine neue Art von Material schaffen, das Anwender zum Beispiel in Schreibwaren-Abteilungen kaufen können. Es soll so preiswert sein, dass sie dieses für interaktive Anwendungen oder auch nur als Schreibunterlage nutzen können«, so Steimle. Dass diese Vision schon bald real werden könnte, lässt eine Prognose der Organic and Printed Electronic Association vermuten. Der internationale Industrieverband sagt vorher, dass für Endanwender flexible Elektronik zwischen 2017 und 2020 verfügbar sein wird.