Aus der Forschung in die Anwendung: Projekte 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. Sorala (ehem.) 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 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.

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.

Viele Plasma-Beschichtungsanlagen der Halbleiterindustrie müssen nach jedem Fertigungsschritt gründlich und regelmäßig gereinigt werden. Bisher geschieht dies überwiegend mit perfluorierten Kohlenwasserstoffen (PFCs) und Stickstofftrifluorid (NF3) – Gasen, die für die Umwelt bis zu 17.000 Mal schädlicher sind als das „Treibhausgas“ CO2. Solvay, Texas Instruments, Muegge und die Fraunhofer EMFT arbeiten im Projekt ecoFluor an einer umweltfreundlicheren Alternative, die lediglich das Treibhauspotenzial von CO2 hat: Der von den Kooperationspartnern eingesetzte Gasmix „Solvaclean®“ aus Fluor, Stickstoff und Argon verzichtet vollständig auf die besonders umweltschädlichen Gase PFCs und NF₃.

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.

Eine Erfolgsgeschichte europäischer Forschung: Fraunhofer EMFT bringt mit einzigartiger Rolle-zu-Rolle-Expertise flexible Elektronik direkt an den Körper – ressourcenschonende Kupferleiterbahnen und miniaturisierte Sensoren, die Wunden, Körpertemperatur und Blutwerte präzise erfassen. Im EU-Projekt SusFE hat das Team gemeinsam mit elf europäischen Partnern daraus marktnahe Lösungen für Point-of-Care Diagnostik und dezentrales Monitoring entwickelt – nachhaltig gefertigt und bereit für den breiten Einsatz im Gesundheitswesen.

Im EU-Projekt NeurONN arbeitet ein Forschungsteam der Fraunhofer EMFT mit sechs europäischen Partnerinnen und Partnern an extrem energieeffizienzen Elementen und Architekturen für neuromorphes Computing. Dabei kommen auch innovative 2D-Materialien zum Einsatz.

Im Rahmen des SOIL-Projekts entwickelt das Fraunhofer EMFT FDSOI-IP-Blöcke, um die europäische Chipindustrie der nächsten Generation voranzubringen.

Im Projekt GaSeKa (Gassensorsystem mit Selbst-Kalibrierfunktion) entwickeln das Fraunhofer EMFT und EC Sense ein miniaturisiertes Sensorsystem, das Luftschadstoffe präzise und kosteneffizient erfasst. So sollen deutlich mehr Messpunkte in Städten entstehen – für eine bessere Luftüberwachung und mehr Gesundheitsschutz.

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.

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.

Temperaturmessungen an 3D-Gewebemodelle bieten eine innovative Alternative in der Arzneimittelentwicklung und helfen, Tierversuche zu reduzieren.

Im EU-Forschungsprojekt SUPREME bündeln 23 Partner aus 8 Mitgliedstaaten ihr Know-how, um die Entwicklung stabiler Herstellungsprozesse für supraleitende Quantenchips voranzutreiben. Die F&E-Aktivitäten adressieren insbesondere die Herausforderungen hinsichtlich Stabilität und Ausbeute von Qubits – ein entscheidender Faktor für die Skalierung von Quantentechnologien und somit für die Wettbewerbsfähigkeit Europas im globalen Quantenhardware-Markt.

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

Bis 2030 wird die weltweite Halbleiterproduktion voraussichtlich nahezu doppelt so hoch sein wie heute. Um die negativen Umweltauswirkungen abzufedern, haben sich 58 europäische Partner im EU-Projekt GENESIS das Ziel gesetzt, umweltfreundlichere Materialien und Prozesse in der Halbleiterindustrie zu entwickeln. Im Rahmen des Vorhabens arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT daran, Verfahren zur Abgasreinigung zu optimieren und die Effizienz von Produktionsprozessen zu steigern.

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.

Unlooc ist ein Projekt, das sich auf die Entwicklung von Organ-on-a-Chip (OOC)-Technologien konzentriert. Diese Technologien zielen darauf ab, die Effizienz von Arzneimitteltests zu verbessern und gleichzeitig die Notwendigkeit von Tierversuchen zu reduzieren. Das Fraunhofer EMFT-Forschendenteam unterstützt die Entwicklung der Organ-on-Chip-Multiwellplatten, die eine präzise Steuerung der Zellkulturbedingungen bieten und tierversuchsfreie Arzneimitteltests ermöglichen.

Das Forschungsprojekt DigiSeal setzt neue Maßstäbe in der prädiktiven Instandhaltung von Gleitringdichtungen, die für viele Industriezweige essenziell sind. Durch den Einsatz von informierter KI und der Expertise des Fraunhofer EMFT werden präzise Modelle entwickelt, die nicht nur Wartungsbedarf vorhersagen, sondern auch konkrete Handlungsempfehlungen liefern. Gemeinsam mit Partnern wie EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG, Molkerei Alois Müller GmbH & Co. KG und der Hochschule München wird die Digitalisierung in der Industrie vorangetrieben und ein bedeutender Beitrag zur Industrie 4.0 geleistet.

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.

Selbst in heutigen innovativen, miniaturisierten Elektronikprodukten wird hauptsächlich noch eine traditionelle Verkabelung verwendet. Das Problem: Die manuelle Verdrahtung kann bis zu 80 % der Produktkosten ausmachen und wirkt sich auch auf die Zuverlässigkeit, den Produktionsertrag, das Gewicht und den Ressourcenverbrauch aus. Nicht zuletzt limitiert sie die Möglichkeiten einer weiteren Miniaturisierung. Forschende des Fraunhofer EMFT arbeiten im Projekt HyPerStripes mit 16 Partnern aus drei europäischen Ländern an einer vielversprechenden Alternative: langen, flexiblen elektronischen Systemen ("Hyperstripes"), die herkömmliche Kabel und Leiterplatten ersetzen sollen.