Sensorische Folien Sensibel, intelligent und energieautark

Innerhalb der nächsten dreieinhalb Jahre soll die »intelligente Haut« für Geräte verfügbar sein
Innerhalb der nächsten dreieinhalb Jahre soll die »intelligente Haut« für Geräte verfügbar sein

Im Rahmen des BMBF-Förderprojektes »KoSiF« (»Komplexe Systeme in Folie«) arbeiten Wissenschaftler derzeit an biegbaren und autonomen Sensorfolien, die wie eine »intelligente Haut« auf Berührungen und Verformungen reagieren, Befehle weiterleiten und dabei auch noch vollkommen energieautark arbeiten.

Sowohl in der industriellen Fertigung als auch im Haushalt sind viele Geräte bereits mit Sensoren ausgestattet, die für die Maschinen sehen, tasten und fühlen und so den sicheren Betrieb oder sogar ein eigenständiges Agieren der Geräte ermöglichen. Diese Sensorik erfordert zum einen die Fähigkeit zur Signalverarbeitung, zum anderen müssen die Sensoren auch mit Energie versorgt werden. Dazu benötigt man Systeme aus Kabeln, Steckverbindern und Elektronik mit Siliziumchips.

Ein Konsortium aus zehn Forschergruppen und Entwicklern von Unternehmen aus dem Raum Stuttgart will hier einen ganz neuen Ansatz entwickeln. Im Rahmen des BMBF-Förderprojektes »KoSiF« (Kurzform für »Komplexe Systeme in Folie«) wollen die Wissenschaftler innerhalb der nächsten dreieinhalb Jahre sensorische Folien entwickeln, die wie eine empfindliche, nachgiebige Haut auf Berührungen und Verformungen reagieren und entsprechende Befehle an andere Einheiten des Systems weiterleiten können – und die dazu keinerlei Versorgungskabel benötigen.

Die Erfolgsaussichten sind gut: Inzwischen können selbst hochkomplexe Siliziumchips sehr dünn, nämlich mit einer Stärke von wenigen Mikrometern, hergestellt und in dünne Kunststofffolien eingebettet werden; Antennen, wieder aufladbare Akkus und Batterien können sogar direkt auf Folien gedruckt werden. Fortschritte bei der organischen Elektronik erlauben es ebenfalls, erste Elektronikschaltungen auf Folien mittels Druckverfahren herzustellen.

Im Forschungsprojekt KoSiF sollen nun die Basis und die nötigen Technologien für zusätzliche Funktionalitäten erforscht, bewertet und technologisch aufeinander abgestimmt werden, die für die Herstellung zukünftiger SiF-Produkte notwendig sind. Dies wird getrieben durch zwei Demonstratoren, die von den Industriepartnern definiert und koordiniert werden:

Ein für die Automatisierungs- und Produktionstechnik und die sichere Mensch-Maschine-Interaktion typisches Beispiel ist eine intelligente Türsicherung, die aufgrund der flexiblen Bauform mit geringem Platzbedarf und für den Nutzer kaum sichtbar in die Maschine integriert wird und dort manipulationssicher die Tür und deren Bewegungen überwacht.

Der zweite Demonstrator wird ein Biege- und Dehnungssensorsystem sein, das die Bewegungen eines bionischen Handlungsassistenten der Firma Festo überwacht. Dieser einem Elefantenrüssel nachempfundene Greifer, eine im Jahre 2010 mit dem deutschen Zukunftspreis ausgezeichnete Entwicklung, ist mit seinem Aufbau aus flexiblen Kunststoffelementen ideal für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine geeignet.

Beide Demonstratoren werden in der zweiten Projektphase als autonome und drahtlos kommunizierende Systeme auf flexiblen Folien realisiert und in der Anwendung erprobt.

Im Projekt KoSiF arbeiten die Unternehmen Festo, Pilz und Würth Elektronik, die Universität Stuttgart mit den Instituten IGM, INES und INT, die Hochschule der Medien, die Hahn-Schickard-Gesellschaft mit dem Institut IMAT, das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung mit der Gruppe Organische Elektronik und das Institut für Mikroelektronik Stuttgart zusammen.