QHMI - QSens: Mensch-Maschine-Schnittstelle basierend auf Quantensensoren - Teilvorhaben AP3: Entwicklung von miniaturisierten und mikrostrukturierten Sensormodulen

Abstract

Ziel des Verbundes ist die Erforschung einer hochgenauen Magnetfeldsensortechnologie auf Basis von Diamant basierenden Quantensensoren. Im Verbund QHMI wird diese neuartige Sensortechnologie für Anwendungen im Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstelle analysiert und demonstriert. Unterschieden wird hier eine Konfiguration für die Erfassung von Nervenaktivitäten am Gehirn und für Muskelaktivitäten am Arm. QHMI wird durch die Forschungsexpertisen der Universität Stuttgart, Hahn-Schickard und der Fraunhofer-Gesellschaft im engen Verbund mit den Technologieunternehmen Bosch, Q.ANT und Ottobock zusammen mit der Universitätsmedizin der Charité geprägt und regional in Querschnittsaktivitäten des Verbundes QSENS verankert. Innerhalb von QHMI ist Hahn-Schickard hauptverantwortlich für AP3. Ziel dieses Arbeitspakets war die Entwicklung von miniaturisierten und mikrostrukturierten Sensormodulen mit einer hochperformanter Ausleseschaltung auf Basis von Verkapselungsprozessen mit Thermo- und Duroplasten, bei denen der Strahlengang komplett in optisch dichteren Medien als Luft verläuft. Hierfür sollten die notwendigen Technologien und Konzepte für die Entwicklung eines polymerverkapselten Sensormoduls erarbeitet und die dafür geeigneten Materialien identifiziert und charakterisiert werden. Für die Untersuchungen wurden im Projektverlauf die Urformprozesse Film Assisted Molding (FAM) und Spritzguss untersucht. Während sich die Verkapselungskonzepte mittels Spritzguss von Thermoplasten als nicht zielführend herausgestellt haben, wurden umfassendere Untersuchungen für die Verkapselung mittels FAM durchgeführt. Da der zu verkapselnde Quantensensor erst gegen Ende der ersten Phase festgelegt und auf Labormaßstab entwickelt wurde, konnte während der Projektlaufzeit kein Verkapselungskonzept für einen Demonstrator umgesetzt werden. Stattdessen wurden gezielte Untersuchungen von Teststrukturen durchgeführt, die flexible Lösungen zur Verkapselungen von Quantensensoren ermöglichen sollen. Zum einen wurden optische Elemente (Linsengeometrien), vertikale und horizontale Strukturen, Glasfasern sowie sehr dünne Keramiksubstrate betrachtet.