Energieautarke Mikrosensorik

Alle sagten: „Das geht nicht!“ - Dann kam jemand, der das nicht wusste, und hat es einfach gemacht!

Energieautarke Systeme wurden bislang zumeist so verstanden, dass die Elektronik auf immer geringeren Energieverbrauch optimiert wird und die benötigte elektrische Hilfsenergie mittels Harvesting aus der Umgebung gewonnen wird, etwa aus mechanischen Bewegungen, Licht oder Temperatur-Gradienten.

Unser Ansatz hingegen zielt darauf ab für die Verstärkung, Speicherung und AD-Wandlung ganz auf elektrische Hilfsenergie zu verzichten. In vielen Anwendungsfällen reicht es aus, wenn Mikrosensoren in Intervallen abgefragt werden, dann aber Informationen aus dem vorangehenden Intervall zur Verfügung stellen, etwa die erreichten Extremwerte von Messgrößen. Anderen Informationen sind etwa die Häufigkeit einer Grenzwertüber- oder Unterschreitung oder das Integral einer Größe über die Zeit. Ein Beispiel für eine Integralgröße ist das Temperatur-über-Zeit-Integral, das viele Alterungsprozesse beschreibt.

Für das Messen und Speichern ist stets Energie notwendig, aber viele Messgrößen bringen genug nichtelektrische Energieformen mit, um einen z.B. mechanischen Speicher direkt zu beschreiben oder einen Zähler zu setzen.
Darüber hinaus können die Ergebnisse gleich so codiert werden, dass sie digital mittels einer nur temporär zu aktivierenden Schnittstelle ausgelesen werden können, z.B. mittels NFC oder RFID-Technik.

Das Ziel ist es, eine Familie an speichernden Sensoren aufzubauen, die ohne elektrische Hilfsenergie auskommen, aber dennoch per Funk jederzeit abgefragt werden können. Die Forschung wird derzeit im BMBF ForMikro-Projekt UpFUSE gemeinsam mit der Technischen Universität Chemnitz, der Universität Paderborn sowie den dort jeweils ansässigen Fraunhofer-Instituten des ENAS durchgeführt. Neben den mechanischen Konzepten der RUB werden in Chemnitz nanoionische Speicher erforscht und diese passiven Sensoren dann gemeinsam mit Paderborn in RFID-basierte Sensorknoten integriert. Mehrere Industriepartner begleiten diese Forschung und unterstützen das Projekt mit ihrer Expertise, aber auch ihren potenziellen Anforderungen an zukünftige passive Sensoren.