Aus der Forschung in die Anwendung: Projekte am Fraunhofer EMFT

Mit dem Projekt SUE (Self-driving Urban E-Shuttle) wurde ein autonomer People Mover entwickelt, der ein hochautomatisiertes Zubringerfahrzeug für den regionalen Nahverkehr bestrebt. Ziel war es, autonomes Fahren unter realen infrastrukturellen Bedingungen zuverlässig und sicher zu ermöglichen – bei Geschwindigkeiten von bis zu 50 km/h. Ein zentraler Baustein dafür: eine robuste, redundante Lokalisierungstechnologie, entwickelt am Fraunhofer EMFT.

Jährlich erkranken weltweit über 3 Millionen immobile Menschen an schwerwiegenden, meist vermeidbaren Druckgeschwüren. Davon rund 0,6 Millionen in Deutschland. Dekubitus verursacht nicht nur persönliches Leid, sondern ist auch zeit- und kostenaufwendig zu behandeln. Aktuelle Prophylaxe Methoden erfordern viel Engagement des Pflegepersonals und bieten keine kontinuierliche Sicherheit. Daher besteht ein dringender Bedarf an individueller und kontinuierlicher Überwachung für eine wirksame Dekubitusprophylaxe. SoreAlert, eine geplante Ausgründung des Fraunhofer EMFT, adressiert diesen Bedarf mit einem intelligenten Pflaster, das eine automatisierte Überwachung gefährdeter Körperbereiche ermöglicht und frühzeitig vor Druckgeschwüren warnt.

Im Forschungsprojekt Direktkontaktierung PCB (T-1753) untersuchte das Fraunhofer EMFT PCB-Direktkontaktierungssysteme für hochzuverlässige mechatronische und antriebstechnische Anwendungen. Ziel war die Bewertung industriell verfügbarer Systeme hinsichtlich technischer Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und wirtschaftlicher Eignung unter praxisnahen Umwelt- und Belastungsbedingungen.

Fraunhofer EMFT entwickelt mit CAELIA Health, einem Ausgründungsprojekt, eine KI-gestützte Lösung für die Inhalationstherapie bei Asthma und COPD. Das System unterstützt Patienten im Alltag beim richtigen Inhalieren, liefert verständliches Feedback und macht die Therapie messbar – ohne sie zu verkomplizieren. Ziel ist es, die Therapietreue zu steigern, Behandlungsergebnisse zu verbessern und Millionen Patientinnen ein möglichst symptomfreieres Leben zu ermöglichen. Mit CAELIA Health profitieren Patienten und Patientinnen von mehr Kontrolle, Sicherheit und Lebensqualität.

Schmieröle leisten einen wesentlichen Beitrag zur Reibungsminimierung und gewährleisten damit einen sicheren Betrieb von Produktionsanlagen. Im Projekt Smart Gear entwickeln Forschende des Fraunhofer EMFT Lösungen, um eine abfallende Leistungsfähigkeit der Schmieröle mit Hilfe von Sensorik und Machine Learning-Methoden zu erkennen und den Zeitpunkt für einen Ölwechsel zu prognostizieren.

Ziel einer prädikativen oder vorausschauenden Wartung ist es, Betriebsmittel proaktiv und vorausschauend instand zu halten. Auf diese Weise sollen Störungszeiten und Wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert werden. Forschende des Fraunhofer EMFT erproben neue Konzepte, um mit Methoden des Maschinellen Lernens auch extrem heterogene Daten effizient verarbeiten und exakte Wartungsvorhersagen für Fertigungsanlagen treffen zu können.

Am Fraunhofer EMFT entstehen mikrofluidische Saugsonden für die Echtzeit-Bodenwasseranalyse. Sie ermöglichen Landwirten eine präzise, bedarfsgerechte Düngung durch kontinuierliches Monitoring des Nitratgehalts.

In der Landwirtschaft wird zunehmend auf einen sparsamen Umgang mit Ressourcen geachtet. Gleichzeitig sollen hohe Erträge erzielt werden. Um überschüssige Ressourcen einzusparen und effizient zu nutzen ist die Ermittlung verschiedener Pflanzenparameter wie der Wasser- oder Nährstoffgehalt von zentraler Bedeutung. Bisher wurden diese Parameter anhand von Bodenproben zum Teil aufwendig in Laboren bestimmt. Die Forschenden des Fraunhofer EMFT streben daher an, zuverlässige und schnellere Methoden zu entwickeln, um relevante Pflanzenparameter zu erfassen.

Eine sichere Versorgung mit Nahrungsmitteln gehört zu den elementaren Grundbedürfnissen unserer Gesellschaft. Was lange als selbstverständlich galt, gewinnt angesichts aktueller Herausforderungen wie Klimawandel, Lieferkettenprobleme, Mangel an Arbeitskräften und politischer und militärischer Aggressionen neue Brisanz. Forschende des Fraunhofer EMFT arbeiten im Rahmen des EU-Projekts AGRARSENSE an innovativen Lösungen für eine produktivere und gleichzeitig nachhaltigere Land- und Forstwirtschaft.

Im Projekt „Insektenzellen als Sensoren für Umweltgifte“ entwickelt das Fraunhofer EMFT eine neuartige Testmethode, bei der lebende Insektenzellen als empfindliche Biosensoren eingesetzt werden. Damit lassen sich schon kleinste toxische Effekte von Pestiziden schnell, markierungsfrei und automatisiert nachweisen. Ziel ist es, frühzeitig Risiken zu erkennen und die Entwicklung bienenfreundlicher Pflanzenschutzmittel zu unterstützen – ein wichtiger Beitrag zum Schutz von Insekten und Biodiversität.

Im Mittelpunkt der Partnerschaft zwischen Fraunhofer EMFT und Daiken Medical steht die Entwicklung und erfolgreiche Lizenzierung der kleinsten Mikromembranpumpe der Welt. Diese Technologie revolutioniert die Mikrodosierung und eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in der Schmerztherapie. Ein wichtiger Schritt war der Technologietransfer der patentierten Mikromembranpumpe an das Unternehmen Daiken Medical in Osaka, das nun das PCA-System „Amy“ entwickelt, mit dem Patienten ihre Schmerzbehandlung eigenständig steuern können.

Für Bayern hat der Agrarsektor mit rund 121 Milliarden Euro Umsatz pro Jahr eine wesentliche wirtschaftliche Bedeutung. Allerdings kommt es durch die unterschiedlichen Interessen mit den wirtschaftlichen Zielen der Landwirte und den nachhaltigen Zielen der Umwelt- und Tierschutz-Initiativen immer wieder zu Konflikten. Besonders die Emission von Ammoniakgasen führt hierbei zu gesellschaftlichen Diskussionen. Forschende der Fraunhofer EMFT entwickeln ein effizienteres Messverfahren zur Detektierung von Ammoniakgasen in der Landwirtschaft. Dabei ist das Ziel zu einer umwelt- und tierfreundlicheren Landwirtschaft beizutragen.

Im EU-Projekt SusFe arbeitet die Fraunhofer EMFT gemeinsam mit europäischen Partnern an einer effizienten und gleichzeitig ressourcenschonenden Design-und Produktionsplattform für medizinische Devices. Damit soll sowohl dem steigenden Bedarf an medizinischen Geräten als auch dem Aspekt der Nachhaltikeit Rechnung getragen werden.

Vor allem in Bereichen, in denen personenbezogene oder sicherheitskritische Daten verarbeitet werden – etwa in der Medizintechnik, beim autonomen Fahren oder bei kritischen Infrastrukturen – werden im Zuge der Digitalisierung vertrauenswürdige elektronische IKT-Komponenten und -Systeme immer wichtiger. Forschende der Fraunhofer EMFT haben bei diesem Thema vor allem die Hardware-Ebene im Blick.

Mit dem Mobile Learning Hub bietet das Zentrum für Verbindungstechnik in der Elektronik ZVE der Fraunhofer EMFT seinen Kundinnen und Kunden ab sofort eine attraktive Alternative zu Präsenzschulungen im Schulungszentrum Oberpfaffenhofen an. Die Lötstation auf Rädern lässt sich direkt beim Kunden per Plug & Play in Betrieb nehmen.

Wie kann Computing zukünftig statt in der Cloud nahe am Sensor bewerkstelligt werden? Und wie kann in einem solchen Set-up maschinelles Lernen auf verteilten Systemen stattfinden? Mit diesen hochaktuellen Fragestellungen beschäftigen sich Forschende der Fraunhofer EMFT gemeinsam elf weiteren Fraunhofer-Instituten im Innovationsprojekt SecLearn. Im Zentrum stehen dabei die Aspekte neuromorphe, energieeffiziente Hardwarekomponenten und KI-Algorithmen für dezentrales Lernen sowie der Datenschutz.

Die Covid19-Pandemie führt vor Augen, wie schnell die Entwicklung neuer Impfstoffe zu einem Wettlauf gegen die Zeit werden kann. Denn bis ein neues Vakzin reif für die Zulassung ist, muss es zunächst auf Effektivität und Nebenwirkungsfreiheit geprüft werden. Dies ist mit komplexen und oft langwierigen Prozessen verbunden. Forschende der Fraunhofer EMFT und der Universität Regensburg arbeiten an einem Assay-Konzept, das die Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffkandidaten schneller und gleichzeitig aussagekräftiger machen könnte.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer Institute für Biomedizinische Technik (IBMT) in Sulzbach/Saar und der Fraunhofer EMFT in Regensburg arbeiten im Projekt ViroSens gemeinsam mit den Unternehmen nanoAnalytics GmbH (Münster) und innoMe GmbH (Espelkamp) an einem neuen Messverfahren zur Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffen.

Forschende des Fraunhofer EMFT haben gemeinsam mit mehreren Industriepartnern im Rahmen des Projekts AutoKonf für autonomes Fahren ein redundantes, generisches Steuergerät entwickelt. Fällt das für die Lenkungs- oder Bremsfunktion zuständige Steuergerät aus, übernimmt das überzählige generische Steuergerät die jeweilige Aufgabe und kann das Fahrzeug sicher führen.

Edge Computing gilt als Schlüssel für neue IoT-Anwendungen. Um grundlegende künstliche Intelligenz für zukünftige Edge-Produkte zu schaffen, arbeiten Fraunhofer EMFT-Forschende gemeinsam mit dem Fraunhofer IIS sowie dem Fraunhofer IPMS im Rahmen des EU-Projekt ANDANTE an der Entwicklung innovativer Mixed-Signal-Beschleuniger für künstliche neuronale Netze (ANN) mit Computation-in-Memory (CIM) Fähigkeit. Diese sollen den Aufbau solider Hardware- und Softwareplattformen zur Entwicklung von KI-Anwendungen ermöglichen.

Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle für die digitale Vernetzung: Sie sind die Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen. Forschende der Fraunhofer EMFT arbeiten im gleichnamigen Projekt an so genannten Cyber Physical Connectors, einer neuen Generation aktiver, »intelligenter« Steckverbinder.

Das Forschungsprojekt »Vertrauenswürdige Elektronik (ZEUS)« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) schafft eine Vernetzungsplattform für vertrauenswürdige Elektronik als Schnittstelle zwischen Forschung und Unternehmen.

Glatteis und Aquaplaning verwandeln Straßen in gefährliche Rutschbahnen und führen so häufig zu schweren Unfällen. In einer gemeinsamen Initiative mit Uedelhoven Studios arbeitet die Fraunhofer EMFT im Rahmen des Leistungszentrums »Sichere intelligente Systeme« (LZSiS) an einer Lösung des Problems. Ein Echtzeitwarnsystem soll die potentielle Gefahr durch Wasser oder Eis auf der Fahrbahnoberfläche erkennen, und so eine vorausschauende Erkennung der Straßenverhältnisse ermöglichen. Ein solches Frühwarnsystem würde die Sicherheit auf den Straßen für alle Verkehrsteilnehmenden erhöhen.

Rund 80 % des CO2-Abdrucks durchschnittlicher Elektronikbauteile entsteht bereits bei der Produktion. Ein Forschungsteam des Fraunhofer EMFT arbeitet daran, Prozesse in der Halbleiterfertigung zu optimieren, um den Einsatz klimaschädlicher Prozessgase zu minimieren. Dabei testen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch klimafreundlichere Alternativen zu bislang standardmäßig eingesetzten Ätzgasen.

Das Projekt SmartMan zielt darauf ab, die Halbleiterverpackungsproduktion intelligent und nachhaltig zu gestalten, um fehlerfreie und ressourcenschonende Elektronik herzustellen.

Mit der Gründung des Munich Quantum Valley (MQV) im Jahr 2022 haben sich sieben führende Forschungseinrichtungen in Bayern, darunter auch die Fraunhofer-Gesellschaft, einem ehrgeizigen Ziel verschrieben: dem Bau des ersten deutschen Quantencomputers mit bis zu 1000 Qubits "made in Bavaria". Die Partner arbeiten an der Realisierung von vollständigen Quantencomputer-Demonstratoren, die remote für Forschung und Industrie zugänglich sind. Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer EMFT bringen dabei ihre Engineering-Kompetenz ein, um die Skalierung und Industrialisierung der Qubit-Plattform auf Basis supraleitender Qubits zu ermöglichen.

Wir alle kennen es: Winterzeit ist Erkältungszeit und Husten- oder Kopfschmerztabletten gehören dann oft zum Alltag. Doch unser Magen-Darm-Trakt nimmt Medikamente unterschiedlich gut auf. Im Projekt „e-Pille“ erforschen Wissenschaftlerinnen der Fraunhofer-Institute ITMP, EMFT und IZM, an welchen Stellen im Magen-Darm-Trakt verschiedene Wirkstoffe am besten aufgenommen werden. Ziel ist es, die Formulierung neuer Medikamente bei peroraler Einnahme zu optimieren.

SENNA ist ein programmierbarer neuromorpher Prozessor, der auf einem mixed-signal, schaltbaren Field-Programmable Spiking Neuron Array (FPSNA) basiert.

Cynergy4MIE ist ein EU-gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung einer Plattform für Sensorik, Elektronik und KI in Mobilität, Infrastruktur und Energiesystemen. Ziel ist die Beschleunigung von Innovationen und die Stärkung Europas Wettbewerbsfähigkeit.

Wie können Lieferketten für die Chip-Industrie unabhängiger und besser geschützt werden? Gerade die Corona-Pandemie hat die Probleme für Deutschland und Europa aufgezeigt. Im Forschungsprojekt „Semiconductor-X“ zur Digitalisierung von Lieferketten in der Halbleiterindustrie arbeitet das Fraunhofer EMFT mit über 20 Partner zusammen, um die Lieferketten nachhaltiger und resilienter zu gestalten und den dezentralen, souveränen Datenaustausch zu fördern.