Terahertz-Technologien für zukunftsweisende Innovationen in Kommunikation und Sensorik

Im jüngst gestarteten Verbundprojekt »T-KOS« der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland soll die Terahertz-Technologie nun erst-mals synergetisch in den Bereichen Kommunikation und Sensorik für die Industrie erschlossen werden. Innovative Systemlösungen in beiden Be-reichen können entscheidend dazu beitragen, gesellschaftliche Zukunfts-themen, wie Digitalisierung, Industrie 4.0 oder Ressourceneffizienz, er-folgreich umzusetzen und somit den Wirtschaftsstandort Deutschland langfristig zu stärken.

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© Fraunhofer Mikroelektronik
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In unserer digitalisierten, hochtechnisierten Lebens- und Arbeitswelt ist die Ver-fügbarkeit von Kommunikations- und Datenverbindungen eine Grundvorausset-zung. Durch die zunehmende Mobilität der Nutzer, die flexible Nutzung von breitbandigen Multimediainhalten (z.B. Entertainment, Medizin, Logistik) und Zukunftstechnologien wie das Internet of Things oder autonomes Fahren wach-sen sowohl das Datenaufkommen in Mobilfunknetzen als auch die Anforderun-gen an die Kommunikationsnetze selbst. Eine vielversprechende Möglichkeit für die Erhöhung der Datenkapazität und nutzbaren Bandbreite ist der zusätzliche Einsatz der Terahertz-Technologien. Diese bildet nicht nur im Bereich der Funk-systeme die Grundlage für Innovation, sondern auch im Bereich der zerstörungs-freien Prüfung (ZfP). Terahertz-Wellen können die meisten elektrisch nicht-lei-tenden Materialien, wie etwa Keramik oder Kunststoffe, analog zu Ultraschall und Röntgen durchdringen, arbeiten jedoch ohne Koppelmedium, und benöti-gen weder aufwendige mechanische Führung noch Strahlenschutzmaßnahmen, da sie, anders als Röntgenstrahlen, für den menschlichen Organismus ungefähr-lich sind.

Obwohl Terahertz-Strahlung für vielfältige Einsatzgebiete, zum Beispiel in der Sicherheitstechnik, Qualitätssicherung oder Materialprüfung, prädestiniert ist, scheiterte die industrielle Einführung bisher an der fehlenden Verfügbarkeit preiswerter, schneller und hochauflösender Systeme mit optimierten, KI-basier-ten Bilderkennungs-Algorithmen. Hier setzt das von der Forschungsfabrik Mik-roelektronik Deutschland (FMD) initiierte und vom Bundesministerium für Bil-dung und Forschung mit 10 Millionen Euro geförderte Projekt »T-KOS« an.

 

Synergien nutzen um Innovationen zu ermöglichen

In dem am 1. Mai 2021 gestarteten Verbundprojekt »T-KOS« arbeiten insgesamt neun Kooperationspartner der FMD zusammen mit dem Fraunhofer ITWM da-ran, die Terahertz-Technologie für drahtlose Funkübertragung, zerstörungsfreie Prüftechnik, Spektroskopie und berührungslose Inline-Messtechnik synergetisch zu erschließen. Dazu werden die in der FMD verteilten technologischen Kompe-tenzen für Kommunikation und Sensorik zusammengeführt und durch Know-how im Bereich Signalverarbeitung erweitert um Industriekunden innovative Sys-temlösungen anbieten zu können. In der einjährigen Projektlaufzeit sollen so ver-schiedene Demonstratoren entwickelt werden, die die Zukunftsfelder Hochfre-quenzelektronik, Terahertz-Photonik und drahtlose, hochbitratige Kommunika-tion adressieren.

Dr. Dirk Nüßler, Projektleiter und stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer FHR, erklärt: »Die übergeordneten Projektziele sind der Aufbau einer deutschen Wertschöpfungskette zu Terahertz-Funklinks, z.B. für die hochbitratige Kom-munikation in der industriellen Produktion, die Inline-Überwachung von Pro-duktionsprozessen mit KI-basierter, bildgebender Echtzeitverarbeitung für res-sourceneffiziente Produktion und die erstmalige industrietaugliche Terahertz-Kommunikation und -Sensorik durch die Kombination skalierbarer elektroni-scher und photonischer Konzepte.«

Um diese Projektziele zu erreichen, ist das Projekt entlang dreier paralleler Ent-wicklungsstränge organisiert, die an Schlüsselstellen untereinander vernetzt sind. »Für die Entwicklungsstränge Terahertz-Photonik, Terahertz-Zeilenkamera und Terahertz-Kommunikation können innerhalb der vergleichsweise kurzen Projekt-laufzeit von 12 Monaten verschiedene Demonstratoren realisiert werden, die weit über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen.« erklärt Prof. Björn Glo-bisch, Gruppenleiter am Fraunhofer HHI und Professor für »Terahertz-Sensorik« an der Technischen Universität Berlin.

Dr. Andreas Grimm, Technologiepark-Manager für Verbindungshalbleiter der FMD ergänzt abschließend: »Die bestehende Zusammenarbeit innerhalb der FMD ist die Grundlage für die Projektentwicklung gewesen, deshalb ist unsere Freude groß, dass wir durch die Förderung des BMBF erstmalig die Chance er-halten, die Synergien der Terahertz-Technologie zu heben und ein Angebot an die Industrie für verschiedene Anwendungen zu richten.«

Im Verbundprojekt »T-KOS« arbeiten die neun Kooperationspartner der FMD, Fraunhofer ENAS, HHI, FHR, IAF, IMS, IPMS und IZM sowie Leibniz FBH und IHP mit dem Fraunhofer ITWM zusammen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF) gefördert (Förderkennzeichen 16KIS1404K, 16KIS1405 und 16KIS1406).

 

Pressekontakt

Romy Zschiedrich | romy.zschiedrich@mikroelektronik.fraunhofer.de | +49 30 4005591-22

Anna-Louisa-Karsch-Straße 2 | 10178 Berlin | www.forschungsfabrik-mikroelektronik.de

Fachlicher Ansprechpartner

Dr. Andreas Grimm | andreas.grimm@mikroelektronik.fraunhofer.de | + 49 152 54 64 23 11

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