Mikrosystemtechnik Nachwuchsförderung für den Mikrosystemtechnik-Primus Deutschland

Redakteur: Johann Wiesböck

900 Teilnehmer, 65 Aussteller und 255 Beiträge – davon ca. 100 als Vortrag und 150 als Poster – sind die Kennzahlen des 4. Mikrosystemtechnik-Kongress, der 2011 im Wissenschafts- und Kongresszentrum ‚darmstadtium’ stattfand. Hier eine Zusammenfassung von Hermann Strass.

Die Mikrosystemtechnik benötigt jugendliche Kreativität ebenso, wie fundamentales Verständnis für Physik und Technik (Bild: VDE/MST-Kongress)
Die Mikrosystemtechnik benötigt jugendliche Kreativität ebenso, wie fundamentales Verständnis für Physik und Technik (Bild: VDE/MST-Kongress)

Der MST-Kongress wird alle zwei Jahre in einer anderen Stadt abgehalten. Diesmal war die Wissenschaftsstadt (seit 1997) Darmstadt an der Reihe. Abgehalten wurde er im Konferenzzentrum der TU Darmstadt, direkt neben dem Schloss. Ein Teil der alten Stadtmauer wurde erhalten. Sie läuft direkt in das Foyer des Gebäudes mit dem Namen ‚darmstadtium’.

Das ist auch der Name des chemischen Elements mit der Ordnungszahl 110 im periodischen System. Dieses Element, mit mittlerweile sechs Isotopen, wurde am 9. 11. 1994 von der GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) in Darmstadt erstmals künstlich erzeugt. Die GSI hat bisher insgesamt sechs Elemente entdeckt und erzeugt.

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Der Kongress ist eine Gemeinschaftsveranstaltung des VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) mit dem BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) sowie der GMM (VDE Gesellschaft Mikroelektronik Mikrosystem- und Feinwerktechnik) und der VDI/VDE-IT (VDI/VDE Innovation + Technik GmbH). In Kurzform ausgedrückt ist es der führende Kongress für kleine Embedded-Systeme in Europa.

Deutschland ist weltweit führend in der Mikrosystemtechnik

Deutschland ist weltweit führend in der Mikrosystemtechnik mit derzeit 19 Prozent Anteil am Weltmarkt. Bis 2020 sollen es 21 Prozent werden. Einen großen Anteil an diesem Erfolg haben die Tüftler in kleinen und mittelständischen Betrieben (Fabrikle) im Südwesten unseres Landes. Die überwiegende Mehrzahl der eingereichten Vortragsvorschläge kamen denn auch aus dieser Region, ebenso die meisten angemeldeten Besucher. Insgesamt wurden den etwa 900 Teilnehmern mehr als 110 Vorträge in vier parallelen Reihen und 180 Poster in zwei Folgen präsentiert.

Schwerpunktthemen waren: mobile Diagnostiksysteme und Assistenzsysteme für körperliche Funktionen, Mikroaktorik, Mikrofluidik, Mikrofertigungsverfahren sowie Mikrosysteme in der Automobiltechnik (Beispiel: ABS seit 1994), aber auch Sensornetzwerke, mikrooptische Systeme, Mikroenergiespeicher und autarke Mikrosysteme. Aus Platzgründen werde ich hier nur zwei Präsentationen kurz erläutern.

In seiner Eröffnungsrede (Keynote) berichtete Dr. Rolf Slatter, Geschäftsführer von Sensitec über Mikrosysteme, die den MR-Effekt (Magneto Resistive) in allen Varianten nutzen. Dazu gehört auch GMR (Giant Magneto Resistive), 1988 von Grünberg und Fest gefunden und 2007 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Aufgrund einer Kooperation hat Sensitec u.a. Zugang zu den Patenten von IBM auf diesem Gebiet. Solche Systeme sorgen für die schnellsten Autofokus-Einstellungen bei einer der anspruchsvollsten Profikameras, der Spiegelreflexkamera Leica S2. Die Verdrehung der Linsenteile wird extrem schnell, extrem genau, berührungslos gemessen und in einem Mikroprozessor verarbeitet damit der Motor genau im richtigen Moment stoppt.

MR-Technik ist auch auf dem Mars seit 2004 im Einsatz, geplant waren drei Monate. Mehr als ein Dutzend Systeme sorgen an Antennen, Bohrern, Rädern und Armen der beiden Mars-Fahrzeuge für exakte Positionierung. Positionssensoren im Handy oder der Kamera wissen immer wo oben, unten oder Norden ist. Die Systeme auf Basis von verschiedenen MR-Effekten eigen sich zur berührungslosen Messung von Winkel, Länge, Position, Magnetfeld und Strom bei geringstem Energiebedarf.

Intelligente Mikropumpen mit integrierter Strömungsregelung

In mehreren Vorträgen wurde über Mikrofluidiksysteme berichtet. Die intelligenten Mikropumpen mp6 mit integrierter Strömungsregelung von Bartels Mikrotechnik entstanden in Zusammenarbeit mit der Universität Bremen. Sie arbeiten, vereinfacht ausgedrückt, wie das menschliche Herz. Zwei Piezobieger pumpen die Flüssigkeit durch die beiden Kammern, die mit selbsttätig funktionierenden Plastikklappen, ähnlich wie Herzklappen, den Flüssigkeitsstrom steuern.

Das System kann sich mit einer elektronischen Rückkoppelungssteuerung adaptiv dem wechselnden Gegendruck anpassen oder zusätzlich zur Durchflussmessung eingesetzt werden. Die im Foto gezeigten Mikropumpen sind (30 x 15 x 3.8) mm³ klein, wiegen etwa 2 Gramm und befördern bis zu 6 ml/min Wasser oder bis zu18 ml/min Luft.

Die Förderung des technisch-wissenschaftlichen Nachwuchses steht beim VDE besonders hoch im Kurs. In der VDE-„YoungNet Convention“ konnten sich Studierende über Berufschancen in Zukunftstechnologien informieren und die von studentischen Teams vorgestellten, im Rahmen des VDE/BMBF-Wettbewerbs COSIMA entwickelten Anwendungen aus der Mikro- und Nanotechnik, begutachten. Der noch jüngere Nachwuchs, Schülerinnen und Schüler an Gymnasien, wurde zum Abschluss des zehnten „Invent a Chip“-Wettbewerb ausgezeichnet.

Auf der „YoungNet Convention“ wurde den etwa 300 Teilnehmern in Darmstadt ein Programm aus mehr als 20 Vorträgen über Mikrosystemtechnik, Energietechnik, Automatisierungstechnik und Medizintechnik, Vorträgen zu Soft Skills und fachübergreifenden Themen sowie Podiumsdiskussionen angeboten.

Wettbewerb: Competition of Students in Microsystems Applications

COSIMA (Competition of Students in Microsystems Applications) ist ein studentischer Wettbewerb, der vom VDE und BMBF getragen wird. Unter Verwendung von existierenden mikrosystemtechnischen Komponenten sollen neuartige Anwendungen erarbeitet, Realisierungskonzepte entworfen und dann bis zu einem vorführbaren Modell entwickelt werden. Deutsche Industriefirmen unterstützen die Projekte mit Bauelementen und mit fachlicher Beratung. Sämtliche mechanischen oder elektronischen Zusatzaufbauten müssen jedoch von den Teams selbst entwickelt und gebaut werden.

Diese gründliche Ausbildung unter Wettbewerbsbedingungen verhalf deutschen Studenten, die den VDE-Wettbewerb 2010 gewannen, zu Siegerplätzen gegen 30 Teams aus 15 Ländern beim internationalen Studentenwettbewerb iCan 2011 in Peking. Sieger des Wettbewerbs Mikrosystemtechnik wurde das Team der Universität des Saarlands mit einem Quadrokopter mit automatischer Höhenregelung und Kollisionsschutz bewirkt.

Das Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) belegte Platz 3 mit einer Trinktasse, die den Füllstand ermitteln und entscheiden kann, ob die Flüssigkeit getrunken oder weggeschüttet wurde. Die praktische Anwendung erfolgt im Krankenhaus und im Pflegebereich, um Patienten bei der Aufnahme der Flüssigkeitsmenge zu überwachen.

Invent a Chip: Mehr als 14.000 Jugendliche haben bisher teilgenommen

Der Schülerwettbewerb „Invent a Chip“ feierte sein zehnjähriges Jubiläum. Das BMBF fördert seit 2006 ebenfalls diesen Wettbewerb. Inzwischen haben mehr als 14.000 Jugendliche, davon 30 Prozent Mädchen, an den Wettbewerben teilgenommen. Dieses Jahr waren 2900 Schülerinnen und Schüler mit 600 Projekten mit dem Schwerpunktthema Elektromobilität im Wettbewerb.

Ziel ist die Entwicklung und Produktion eines Mikrochips für eine konkrete Anwendung. Zwölf Schülerteams wurden für die Praxisphase zu einem Workshop am IMS (Institut für Mikroelektronische Systeme) der Leibniz-Universität Hannover ausgewählt und von Experten im Chipdesign mit VeriLog unterstützt. Prof. Dr.-Ing. Erich Barke, Leiter des IMS, und sein Team betreuen diesen Wettbewerb bereits seit 10 Jahren.

Den ersten Preis gewann Colin de Vrieze (18) vom Carl-Fuhlrott-Gymanasium in Wuppertal für einen Mikrochip der das Laden von Elektromobilen effektiver macht. Derzeit leistet er ein freiwilliges, soziales Jahr in einem Problemviertel von Belfast in Nordirland ab.

Den Sonderpreis für das Projekt mit der höchsten Industrierelevanz gewann ein Team von drei Schülern des Alexander-von-Humboldt-Gymansiums in Schweinfurt für einen Autoenergiechip, der aus der Umdrehungszahl, Geschwindigkeit, Art und Länge der Strecke, Tankinhalt, Akkustatus und Sonneneinstrahlung errechnet, wie ein Vollhybridauto möglichst energiesparsam ans Ziel kommt. Der jüngste und Teamsprecher war zur „Tatzeit“ 14 Jahre und bei der Siegerehrung 15 Jahre alt.

Im BMBF-Zukunftsworkshop „Mensch Technik Kooperation – Systeme für den Menschen“ wurden aktuelle Initiativen der Förderpolitik vorgestellt und über innovative Projektideen diskutiert.

Der VDE/MST-Kongress präsentierte einen umfassende, wissenschaftlich fundierten Überblick über das breite Themenfeld von MST (MikroSystemTechnik), „Embedded Computing“ und „Cyber-Physical Systems“ sowie eine wettbewerbsorientierte Umgebung für den naturwissenschaftlich-technischen Nachwuchs.

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