Wissenschaftler der Forschungsgruppe MESYS erhält Preis für neuartige, leistungsfähige Klasse elektrostatischer Mikroaktoren

Holger Conrad erhält den VIP/VIP+ Validierungspreis des BMBF für die Entwicklung elektrostatisch bimorph auslenkbarer Mikroaktoren im Projekt "Nano e-drive"

Für seine Forschungsergebnisse im Projekt "Nano e-drive" wurde der Wissenschaftler Holger Conrad vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF mit dem 1. Platz für den  VIP / VIP+ Validierungspreis 2017 ausgezeichnet. Der Preis wurde im Rahmen der Innovationstagung zur Fördermaßnahme "Validierung des gesellschaftlichen und technologischen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung" (VIP/VIP+) durch den Parlamentarischen Staatssekretär Stefan Müller am 1. Februar 2017 in Berlin verliehen.

Das Projekt "Nano e-drive" wurde durch die Fraunhofer-Forschungsgruppe "Mesoskopische Aktoren und Systeme" MESYS bearbeitet. Die Gruppe ist 2012 in enger Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer IPMS und der BTU Cottbus-Senftenberg ins Leben gerufen worden. Unter der Leitung von Prof. Dr. Harald Schenk, Institutsleiter des Fraunhofer IPMS und Professor für Mikro- und Nanosysteme an der BTU, forschen insgesamt acht Wissenschaftler an den beiden Standorten in Dresden und Cottbus an neuartigen elektrostatischen Mikroaktoren – sogenannten nanoskopischen elektrostatischen Antrieben (engl. nanoscopic electrostatic drives, NED).

Mikroaktoren finden sich in einer großen Anzahl und Vielfalt von Anwendungen und Systemen wieder: Im Smartphone, in Wearables, in Autos, in implantierbaren Insulinpumpen  oder in Projektoren. Die derzeit etablierten Antriebsmechanismen stoßen aber immer wieder an ihre physikalischen oder technischen Grenzen. Der neue Ansatz schafft die Möglichkeit den Pull-In-Effekt herkömmlicher elektrostatischer Aktoren zu umgehen beziehungsweise in einen Bereich zu verschieben, welcher für den aktorischen Betrieb nicht mehr relevant ist. Die quasi-statischen Auslenkungen derartiger Aktoren können damit wesentlich größer sein, als der Elektrodenabstand es derzeit zulässt. Holger Conrad erklärt: "Mit dem neuen Prinzip können hochintegrierte und miniaturisierte Aktoren mit halbleiterkompatiblen Fertigungstechnologien hergestellt werden. Wir sind damit in der Lage, elektrostatische Aktoren mit extrem geringen Elektrodenabständen zu fertigen, die konkurrierenden Antriebsmechanismen stark überlegen sind." Die neuartigen Aktoren überzeugen mit einer niedrigen elektrischen  Antriebsspannung, geringem Energieverbrauch und kurzen Reaktionszeiten. Zudem sind sie CMOS- und RoHS-kompatibel, was in Kombination mit der einfachen Integrierbarkeit in Standard-Silizium-Prozesse eine kostengünstige Volumenfertigung erlaubt und damit erstmalig eine echte Alternative zu Piezoelektrischen Aktoren darstellt.

Im Rahmen der BMBF-Förderung konnten die Wissenschaftler die komplette Herstellungskette und Verfahrenstechnik für das neue Aktorprinzip entwickeln. Die Theorie der Aktoren wurde sehr erfolgreich validiert und die Ergebnisse in einen ersten Demonstrator und erste Musteranwendungen überführt: Die technische Machbarkeit wurde bewiesen. Die Anwendungsbereiche sind extrem vielfältig: Aktuell wird der Einsatz der neuen Aktoren in Mikropumpen, Mikroventilen, Lautsprechern sowie in Zoom- und Bildstabilisierungssysteme für Smartphones untersucht.

Die durch MESYS entwickelte neue Aktorklasse ist patentiert und wurde bereits Ende 2015 im renommierten im Fachmagazin »Nature Communications« vorgestellt.

Das Projekt "Nano e-drive" wurde im Zeitraum 1.9.2012 bis 31.12.2015 durch das BMBF gefördert.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. habil. Harald Schenk
E: harald.schenk(at)ipms.fraunhofer.de
Mikro- und Nanosysteme
Preisträger Holger Conrad (links) und der Parlamentarische Staatssekretär Stefan Müller halten den Preis in den Händen
Preisträger Holger Conrad (links) mit dem Parlamentarischen Staatssekretär Stefan Müller (Foto: BMBF)