Forschungsprojekt „Listen2Future“ Kleinste Mikrofon- und Ultraschallsensoren für Industrie und Medizin

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INFINEON Technologies Austria AG

Infineon Austria startete das europäische Forschungsprojekt „Listen2Future“. Mit an Board sind 27 Partner aus sieben Ländern. Entstehen sollen unter anderem sparsame Mini-Hörgeräte oder tragbare Ultraschall-Pflaster zur Herzkontrolle.

Kleinste Mikrofone, die sich für Mini-Hörgeräte eignen oder tragbare Ultraschall-Pflaster: Unter der Leitung von Infineon Austria startete das Forschungsprojekt „Listen2Future“ mit 27 Partnern aus sieben Ländern. Die Projektpartner arbeiten an neue und kleinste Mikrofone. Grundlage sind mikro-elektro-mechanische Sensoren (MEMS-Sensoren), die weltweit kostengünstig in Serie gebracht werden können.

Die Forschungen werden höhere Bildauflösungen bei Ultraschallsonden, robuste Mini-Hörhilfen mit verbesserter Klangqualität und niedrigem Energieverbrauch hervorbringen. Im Fokus stehen außerdem tragbare Ultraschall-Pflaster etwa zur Früherkennung von Herzkrankheiten und Ultraschallgeräte für schnelle Infektionskontrollen bei Säuglingen. In der Industrie soll eine kontinuierliche Qualitätskontrolle von Materialien sowie die intelligente Überwachung der Energieinfrastruktur umgesetzt werden.

Ultraschall in Medizin und Industrie

Kleinste MEMS-Mikrofone sorgen in Hörgeräten und Hörsonden, im Smartphone oder Freisprecheinrichtungen für einen besseren Klang. Dabei sinkt auch der Energieverbrauch. In der Medizin gehört Ultraschall zu den gängigsten Untersuchungen. Ärzte setzen ihn bei der Schwangerschaftskontrolle, der Untersuchung von Schilddrüse, Leber oder Herz ein.

Die Industrie nutzt Ultraschall, um Reibung, Vibrationen und Schadstellen zu hören. Damit werden in der Instandhaltung und vorausschauenden Wartung Probleme leichter und schneller geortet. Doch noch haben die Geräte ihre Grenzen: Sie arbeiten nicht in jedem Frequenzbereich gleich gut, liefern nur Momentaufnahmen und sind oft groß und teuer.

Neue Materialien und Sensor-Konzepte

Die Forscher entwickeln kleine, piezo­elektrische Ultraschallsensoren und Mikrofone, die auf neuartigen, flexiblen Dünnschichtmaterialien basieren. Neue Materialien und Sensor-Konzepte ermöglichen präzisere Signale und Bilder. Außerdem sind die MEMMS-Sensoren dehnbar und flexibel. Die Forschungen laufen über die gesamte Entwicklungskette: Vom Material, dem Design, der Signalverarbeitung, den Aufbau- und Verbindungstechnologien, Softwareentwicklungen und künstlichen Intelligenz Algorithmen bis hin zur miniaturisierten und integrierbaren Systemlösung.

Vier konkrete Beispiele für MEMS-Sensoren

Mini-Hörgeräte benötigen weniger Strom: In Europa leben rund 34 Mio. Menschen mit einer verminderten Hörleistung, doch nur etwa jeder dritte Betroffene lässt sich professionell unterstützen und nützt Hörgeräte. Kleinere und leicht handhabbare Hörgeräte würden die Akzeptanz deutlich erhöhen. Weiterentwickelte MEMS-Piezomikrofone sind robust und eignen sich für wasserdichte Designs. Dank effizienter Energiewandlung lässt sich der Stromverbrauch um mehr als 15 Prozent senken. Der Nutzerkomfort wird verbessert, die Lebensdauer der Batterie der Hörgeräte verlängert.

Präziser Ultraschall für Säuglinge erkennt Infektionen: Mit miniaturisierten Ultraschallsonden wird die Diagnose von Infektionen und lebensbedrohlichen Erkrankungen bei Säuglingen einfach, schmerzfrei und nicht-invasiv ermöglicht. Hochintegrierte MEMS-Komponenten aus dem Projekt „Listen2Future“ erlauben es, die Geräte auch außerhalb des Krankenhauses und in Entwicklungsländern einzusetzen. Die Forschungsergebnisse können dazu beitragen, die Sterblichkeitsrate von Neugeborenen in Entwicklungsländern weiter zu senken.

Tragbares Pflaster zur Herzkontrolle: Mit dem Projekt möglich werden sollen flexible Ultraschall-Pflastern für eine dauerhafte, kontinuierliche und nicht-invasive Herzkontrolle. Damit lassen sich die Herzleistung, Insuffizienzen und das Pumpvolumen überprüfen. In Zukunft könnten Patienten mit dem auf der Brust befestigten Pflaster schmerzfrei von zu Hause aus ihre Herzleistung kontinuierlich überwachen. Die Ärzte erhalten mehr Informationen für eine bessere medizinische Behandlung und die Krankenhausaufenthalte werden reduziert.

Überwachung von Verbundmaterialien und Stromnetzen: Integrierbare Systeme für die kontinuierliche Material- und Qualitätskontrolle bekommen durch die Forschung einen neuen Schub. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt lassen sich von Ingenieuren durchleuchten, um die verbleibende Nutzungsdauer zu erkennen. Durch die Online-Zustandsüberwachung des Stromnetzes werden kritische Komponenten permanent kontrolliert und unerwartete Ausfälle vermieden, die vorausschauende Wartung optimiert.

Beteiligte Firmen und Institutionen: Österreich: Infineon Technologies Austria AG (Projektleitung), Silicon Austria Labs GmbH, GE Healthcare Austria GmbH & Co OG | Belgien: Pulsify Medical BV, IMEC Interuniversitair Micro-Electronica Centrum | Tschechien: Vysoke Uceni Technicke v Brne, Ustav Teorie Informace a Automatizace av cr VVI, Institut Mikoelektronickych Aplikaci SRO | Deutschland: Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung EV, Codasip GmbH, Infineon Technologies AG, Infineon Technologies Dresden GmbH & CO KG, Inoson GmbH, Path Medical GmbH, Technische Universität Darmstadt, Technische Universität München | Niederlande: Solmates BV, Sonion Nederland BV, Universiteit Twente | Norwegen: Elliptic Laboratories ASA, Sintef AS, Sonitor Technologies AS | Spanien: Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Dasel SL, New Born Solutions, SMD Inductor de Analgesia SL, Universidad de Granada

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