Aus der Forschung in die Anwendung: Projekte am Fraunhofer EMFT

Mit einem Raffungsmodell analysieren EMFT-Forschende Mikrorelativbewegungen zwischen Press-Fit-Kontakt und Kupferhülse in der Platine, die zu vorzeitigem Materialversagen führen können.

Die Einpresstechnik stellt eine innovative Verbindungsmethode dar, die aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit und Robustheit insbesondere für sicherheitsrelevante Fügestellen geeignet ist. Ein weiterer Vorteil: Die Methode ist wesentlich umweltfreundlicher als die bisher meist eingesetzte Löttechnik. Ein Forschungsteam des Fraunhofer EMFT arbeitet an einem Vorhersagemodell, das einen Zusammenhang zwischen leicht zugänglichen Material-/Prozessdaten und der Zuverlässigkeit von Einpresskontakten herstellt.

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.

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.

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.

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.

Im Projekt CFP entwickeln das Fraunhofer EMFT, das Fraunhofer IZM und die Yamagata University neuartige Chip-Foliengehäuse für flexible Elektronik. Gemeinsam erarbeiten sie Materialien, Verbindungstechniken und eine durchgängige Prozesskette, um elektronische Funktionen zuverlässig in weiche, gekrümmte oder flexible Oberflächen zu integrieren. Ziel sind weniger als 150 Mikrometer dünne Chip Foil Packages, die sich ressourceneffizient in großen Stückzahlen fertigen und in Medizin, Industrie, Mobilität und weiteren Anwendungsfeldern einsetzen lassen.

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.