Mikrosensor für intelligente Körperimplantate

Wissenschaftler des Instituts für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. haben einen gyroskopischen Chip entwickelt, der Sensoren für alle drei Raumrichtungen integriert hat. Durch die kompakte Bauweise und die gelungene Verkleinerung der Sensoren versprechen sich die Forscher die Erschließung neuer Anwendungsgebiete. So sollen sich die Chips beispielsweise in intelligenten Körperimplantaten einsetzen lassen, heißt es in einer entsprechenden Aussendung.

Um die räumliche Drehungen festzustellen, kommen seit Jahrzehnten Drehratensensoren – so genannte Gyroskope – zum Einsatz. Man findet sie als unterstützendes System in der Navigation von Flugzeugen, Raketen und Schiffen. Allerdings findet man sie derzeit auch verstärkt in Handys oder in Autos, wo sie das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) unterstützen. Zur weiteren Erschließung dieser Märkte wollen die Forscher preiswerte, mikromechanische Fertigungsverfahren finden. 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 Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) haben die Wissenschaftler 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, heißt es. Langfristig lassen sich damit auch die Fertigungskosten um 90 Prozent verringern, da die Techniker sowohl die Aufbau- als auch die Verbindungstechnik erheblich vereinfachten.

Auf Basis dieser Forschung sollen die Sensoren künftig als ambulante Messsysteme oder intelligente Implantate am oder im Körper getragen werden. Sie erfassen laufend die Bewegungen des Körpers und können darauf reagieren. Droht beispielsweise ein Fall eines Menschen, so erkennen dies die Sensoren. Sie veranlassen daraufhin, dass ein in der Kleidung integrierter Airbag ausgelöst wird, so die Vision der Forscher. Des Weiteren wäre das Erfassen und Steuern von Extremitäten durch elektrische Stimulation denkbar. Dies könnte bei Schlaganfallpatienten hilfreich sein.