Schaltkreis-Sensoren-Integration Ein Schritt in Richtung "elektronische Haut"

Flexible elektronische Haut mit Magnetsensoren und einer komplexen elektronischen Schaltung zur Erfassung der Magnetfeldverteilung.
Flexible elektronische Haut mit Magnetsensoren und einer komplexen elektronischen Schaltung zur Erfassung der Magnetfeldverteilung.

Mit der Herstellung des ersten vollintegrierten Bauelementes aus Magnetsensoren und organischer Elektronik ist Forschern aus Chemnitz, Dresden und Osaka ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur "elektronischen Haut" gelungen.

Es gibt bereits dünne und biegsame Sensoren, die auch auf weichen und elastischen Oberflächen funktionieren, verschiedene physikalische Wechselwirkungen registrieren und über eine Art künstliches Nervensystem weiterleiten können. Die Vernetzung und Ansteuerung der Sensoren gelingt in Demonstratoren bislang aber nur sehr unbefriedigend.

Um die Kontaktierung und Ansteuerung ohne Verkabelung zu realisieren, wäre die Integration einzelner Magnetsensoren mit weiteren elektronischen Komponenten wie Signalverstärkern und die Entwicklung vollintegrierter Systeme nötig – ein Technologieschritt ähnlicher Tragweite, wie ihn einst der Übergang vom Schaltkreis zum integrierten Mikrochip darstellte.

Forscher aus Dresden, Chemnitz und Osaka haben ein neues magnetisches Sensorsystem vorgestellt, das diese Integration auf ein bislang nicht erreichtes Niveau hebt. Es besteht aus einer Anordnung von 2 mal 4 Magnetsensoren, einem organischen Bootstrap-Schieberegister zur Ansteuerung der Sensormatrix und organischen Signalverstärkern.

Das Besondere: Alle elektronischen Komponenten basieren auf organischen Dünnschichttransistoren und sind in einer einzigen Plattform integriert. Das System weist eine hohe magnetische Empfindlichkeit auf und bildet die zweidimensionale Magnetfeldverteilung in Echtzeit ab. Es ist robust gegenüber mechanischer Verformung, wie Biegen, Knittern oder Knicken.

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Direktor am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und Dr. Daniil Karnaushenko zu den nächsten Schritten: „Unsere ersten integrierten Magnetfunktionen beweisen, dass sich flexible Dünnschichtsensoren in komplexe organische Schaltkreise integrieren lassen. Die Kompatibilität und Flexibilität dieser Geräte ist für moderne und zukünftige Anwendungen wie Soft-Robotics, Implantate und Prothetik unverzichtbar. Der nächste Schritt besteht darin, die Anzahl der Sensoren pro Oberfläche zu erhöhen und die elektronische Haut auf größere Oberflächen auszudehnen.“