Hochleistungsmodule für das Internet of Things

Wie lässt sich die Vision einer hochvernetzten Gesellschaft mit minimalen Auswirkungen auf zukünftige Energieressourcen realisieren? Eine mögliche Antwort liefert das Fraunhofer-Leitprojekt „Towards Zero Power Electronics“. Neun Fraunhofer-Institute bauen in dem Vorhaben eine Technologie- und Methodikplattform zur Realisierung von hochintegrierten, extrem energieeffizienten Modulen für das „Internet of Things“ (IoT) auf. Im Rahmen dieses Projektes entwickelt ein Forschungsteam an der EMFT ein Messprinzip zur Partikelmassenmessung. 

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Die Ergebnisse des erfolgreich abgeschlossenen Fraunhofer-Leitprojekts ZEPOWEL zeigen, wie IoT-Sensorsysteme extrem wenig Strom verbrauchen oder komplett autonom funktionieren können.

Das ehrgeizige Ziel der Partner ist es, den Energie- und Ressourcenbedarf von Elektroniksystemen äußerst nachhaltig minimieren. Erreicht werden soll dies durch disruptive, international wegweisende Innovationen auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette: Von den Komponenten (z.B. Funk-Transceiver, Sensoren und Energiespeicher) über die Zusammenführung zu einem System (Modularisierung, Integrationsverfahren) bis hin zu den verwendeten Netzwerktechnologien. Im Rahmen dieses Projektes wird an der EMFT ein mikrosystemtechnisch realisierbares gravimetrisches Messprinzip zur Partikelmassenmessung in einem hochintegrierten CMOS MEMS  Sensor mit einer extrem rauscharmen Auswerteelektronik umgesetzt. Eine bedarfsgesteuerte Medienzufuhr durch eine Mikro-Aktorik wird die Ansprechzeit und somit den Leistungsverbrauch des Partikelsensors deutlich reduzieren. Dieser Sensor wird somit mobile und autonome Anwendungen für die Luftgüteüberwachung unterstützen.

© Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller
Hochspannungstreiber für Siliziummikropumpen und kapazitiver PM2.5 Sensor mit Auswerteelektronik integriert mit 180nm CMOS Silicon-on-Insulator (SOI) Technologie;
Energieeffizienter Feinstaubpartikelsensor für das Internet of Things
© Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller
Prototyp eines auf dem kapazitiven Messprinzip basierenden Feinstaubpartikelsensors für die Messung von PM10, PM2.5 und PM1.0 Partikeln. Es besteht aus einem Fluidik-Modul inklusive Filter, Micro-Pumpe und Fluidikkanal zur Aerosol Zufuhr und aus dem Sensormodul zur Detektion der Partikel.

Die beteiligten Partner bringen ein großes interdisziplinäres Kompetenzspektrum ein, das von Halbleitertechnologien über Designmethoden und Integrationstechniken bis hin zur umfassenden systemischen Effizienzbetrachtung reicht.

Die im Rahmen des Projekts entwickelten Lösungen sollen mithilfe der Technologieplattform auch Industriekunden auf schnellem Wege zugänglich gemacht werden.