Mikrosensor erfasst Körperbewegungen

Um Drehungen im Raum festzustellen, werden seit Jahrzehnten Drehratensensoren (Gyroskope) eingesetzt. Sie sind an der Navigation von Flugzeugen und Schiffen beteiligt, finden sich aber auch zunehmend in Auto und Handy. Zur weiteren Erschließung dieser Märkte müssen preiswerte, mikromechanische Fertigungsverfahren gefunden werden.

Von großem Interesse für die Industrie sind vor allem Messeinheiten zur Detektierung von Drehraten und Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen. Bisher müssen die drei Sensoren entsprechend ihren sensitiven Achsen angeordnet werden. Die Genauigkeit der Winkellagen zueinander hat dabei direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Messeinheit.

Mit Unterstützung der AiF haben Wissenschaftler der Hahn-Schickard-Gesellschaft einen multiaxialen Sensorcluster auf Silizium-Basis entwickelt. Seine Sensoren sind für alle drei Raumrichtungen nebeneinander auf einer Ebene in nur einem Chip integriert. Mit diesem neuen Drehratensensor ist es gelungen, bei gleich bleibend hoher Genauigkeit das Bauvolumen deutlich auf bis zu 0,1 Kubikzentimeter zu verkleinern. Langfristig lassen sich auch die Fertigungskosten auf bis zu ein Zehntel verringern, weil die Aufbau- und Verbindungstechnik erheblich vereinfacht wurde.

Die Forschungsergebnisse bilden zudem die technologische Basis dafür, dass die Sensoren künftig als ambulante Messsysteme oder intelligente Implantate am oder im Körper getragen werden können. Indem sie Bewegungen des Körpers erfassen, können sie beispielsweise den drohenden Fall eines älteren Menschen erkennen und rechtzeitig einen Airbag in der Kleidung auslösen. Oder sie erfassen und steuern durch elektrische Stimulation die Funktion der Extremitäten von Patienten, etwa nach Schlaganfällen. (dsc)