Forschung

Uni-Projekt: Kleidung wird zu einem Datenträger

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Christian Tückmantel mit einem Oszillatorenelement für die Hochfrequenzschaltung. 

WUPPERTAL Die Bergische Universität entwickelt in einem Projekt Kommunikationselektronik für flexibles Material.

Von Michael Bosse

Noch sind „smarte“ Kleidungsstücke oder medizinische Verbände weitgehend Zukunftsmusik. Doch ein Forschungsprojekt, das seit 2015 an der Bergischen Uni betrieben wird, will dafür sorgen, dass die damit verbundenen Visionen in nicht allzu fernen Tagen Realität werden. In einem Kooperationsprojekt erforschen zwei Teams um Professor Dr. Thomas Riedl vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente sowie Professor Dr. Ullrich Pfeiffer vom Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme in der Kommunikationstechnik, wie Kommunikationselektronik auf ultradünne und flexible Unterlagen aufgebracht werden und zum Einsatz kommen kann.

Das Projekt wurde zweimal von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als forschungswürdig ausgewählt, in der jetzt angelaufenen zweiten Phase erhalten die Wuppertaler Forscher rund 570 000 Euro. Die Förderphase läuft noch bis 2021.

Die Digitalisierung soll damit Anwendungsbereiche für sich erschließen, die bislang aufgrund der mechanisch starren, auf Siliziumbasis arbeitenden Kommunikationselektronik verschlossen sind. „Smart Wearables“ in Form von Kleidung oder medizinischen Verbänden könnten so geschaffen werden – Anwendungen, bei denen eine personalisierte Sensorik die Daten des Trägers erfasst und auswertet.

Aufgrund dieser sensorischen Fähigkeiten könnten Vitalfunktionen des Trägers erfasst, bei Bedarf Medikamente verabreicht oder im Notfall auch ein Arzt gerufen werden, betont Prof. Pfeiffer. „Die Dünnschichtelektronik liefert den Schlüssel zu dieser Zukunftsvision. Als Trägermaterial kommen dann nicht mehr Leiterplatten, sondern zum Beispiel Kunststofffolien, Textilien oder sogar Papier in Betracht.“ Und nach Angaben von Christian Tückmantel, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsteam von Professor Riedl, könnte sogar „biologisches Gewebe“ (mit anderen Worten: Haut) als Trägermaterial dienen.

Noch arbeitet die neue Technologie zu langsam

Bislang krankt die Dünnschichtelektronik noch daran, dass diese Art der Kommunikationstechnologie deutlich langsamer arbeitet als die etablierte und starre Mikroelektronik. Bislang sei die Kommunikationselektronik auf den flexiblen Trägermaterialien „noch sehr langsam und daher für Kommunikationsanwendungen nicht zu gebrauchen. Neue Konzepte sollen existierende Geschwindigkeitslimits der flexiblen Dünnschichtelektronik überwinden“, erklärt Professor Riedl.

Ziel der jetzt angelaufenen Projektphase sei es deshalb, auf einer flexiblen Dünnschichtelektronik „eine komplette Kommunikationsplattform im Gigahertz-Bereich“ zu realisieren, betont Professor Pfeiffer. Das bedeutet für die Forschung in diesem Bereich einen Meilenstein – auch wenn die Silizium-Technologie mit Taktfrequenzen von mehreren Hundert Gigahertz oder sogar einem Terahertz noch einen deutlichen Vorsprung hat. Immerhin würde die mit einem Gigahertz ausgestattete Kommunikationsplattform auf einem flexiblen Träger ausreichen, um ein Musikstück ohne Aussetzer oder Wartezeiten abzuspielen.

FORSCHUNG

PROJEKT Die Förderung durch die DFG erfolgt im Rahmen des Themenschwerpunkts „FFlexCom“. Dabei soll in diversen Projekten an Technologien zur Realisierung von neuartigen, flexiblen, drahtlosen Kommunikationssystemen geforscht werden. Kernaufgabe der DFG, die ihren Geschäftssitz in Bonn hat, ist die Auswahl der besten Forschungsvorhaben von Wissenschaftlern an Hochschulen und Forschungsinstituten sowie deren Finanzierung.

Ungewöhnlich ist an der Kooperation im Rahmen des DFG-Projekts, dass die beiden beteiligten Lehrstühle nicht nur an einer Uni, sondern auch noch an einem Campus (am Freudenberg) vereinigt sind. So profitiere die Forschung von kurzen Wegen, ansonsten anfallende mögliche Wartezeiten bei Untersuchungen entfielen, erzählt Tückmantel. „Der Informationsaustausch erfolgt so viel schneller.“

Bei der Zusammenarbeit wird auf eine klare Arbeitsteilung geachtet: Für die Herstellung der ultradünnen und flexiblen Trägermaterialien ist der Lehrstuhl von Professor Riedl zuständig. Die Träger werden auf Folien hergestellt, die Dünnschichttransistoren arbeiten auf der Basis von Metall-Oxid-Halbleitern. Am Lehrstuhl von Professor Pfeiffer wird dann erprobt, ob die Kommunikationselektronik wie gewünscht funktioniert.

Nach Angaben von Mitarbeiter Tückmantel gibt es seitens der Industrie, aber eben auch im Medizinbereich eine große Nachfrage nach der Technologie der Dünnschichtelektronik. Neben den bereits genannten Einsatzbereichen seien auch Anwendungen etwa in der Raumfahrt oder der Logistik möglich. Und auch Prof. Riedl zeigt sich von den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten überzeugt: „Das häufig zitierte ‚Internet der Dinge‘ benötigt diese neuartige Elektronik in vielen Bereichen des täglichen Lebens.“

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