Forschung & Entwicklung Sensoren in der Medizin und Industrie

Werden Transpondersysteme mit Sensoren geschickt erweitert, sind interessante Anwendungen möglich. Etwa Implantate mit Mess- und Überwachungsfunktionen für die Medizin oder Temperaturüberwachung auf Stromschienen in Schaltschränken der Industrie.

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme

Zunehmend gewinnen Transpondersysteme zur Datenübertragung per Funk im Alltag an Bedeutung. In der einfachsten Variante werden sie als Identifikations- oder Speichermedium genutzt; durch die Erweiterung mit Sensoren lassen sich zusätzliche Informationen über Objekte oder deren Umgebung gewinnen. Vor allem im Handels- und Logistikbereich entstehen so neuartige Systeme und Konzepte, beispielsweise zur Warenkontrolle. Im technischen Umfeld sind miniaturisierte autonome Messsysteme und in der Medizintechnik komplexe implantierbare Diagnosesysteme realisierbar.

RFID-Tag, Sensoren und Mikrocontroller

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Im Mittelpunkt der Arbeiten am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) steht die Anwendung der RFID-Technologie für Mikrosysteme. Bei der Radio Frequency Identification (RFID) handelt es sich um eine Technologie der drahtlosen Daten- und Energieübertragung. Damit lassen sich kleine energieautarke Systeme für unterschiedliche Anwendungen entwickeln.

Diese Systeme können dann drahtlos passiv als Messsystem arbeiten. Die am Fraunhofer IPMS entwickelte Transponder-Plattform verknüpft einen RFID-Tag mit Sensoren und einem Mikrocontroller. Für alle Frequenzbereiche von 125 kHz (LF) bis zu 900 MHz (UHF) hält das Institut entsprechende Lösungen bereit; vor wenigen Tagen präsentierten die Dresdner Forscher ihre neuen Transpondersysteme mit integrierter Druck-, Feuchtigkeits- und Temperatursensorik der Öffentlichkeit.

Intelligente Hüftprothesen

Seit Jahrzehnten nutzt man in der Medizin bereits Implantate, um Funktionen des menschlichen Körpers wieder herzustellen oder um bei akuten Schmerzen Linderung zu verschaffen. Hauptsächlich werden dabei mechanische Teile zur Stabilität oder als Knochenersatz implantiert. Diese Implantate verbleiben entweder ein Leben lang oder zumindest für eine längere Zeit im Körper des Patienten. Das wohl bekannteste Beispiel hierfür ist das künstliche Hüftgelenk.

Durch die Weiterentwicklung der Mikrosystemtechnik ist es heute möglich, Implantate mit Mess- und Überwachungsfunktionen auszustatten. Ein zentrales Problem ist dabei aber immer die Energieversorgung im Körper. Gerade bei Langzeitimplantaten eignet sich daher der Einsatz der Transpondertechnologie. Dabei wird die zur Messung notwendige Energie drahtlos von außen mittels magnetischer Kopplung zum Implantat übertragen. Am Fraunhofer IPMS wurde auf Basis dieser Technologie eine Plattform entwickelt, die die Elektronik im Implantat mit Energie versorgt und gleichzeitig Messdaten auslesen kann.

Hans-Jürgen Holland, stellvertretender Leiter des Geschäftsfeldes Wireless Microsystems, erklärt die Neuentwicklung: „Basis unserer Technologie ist ein Low-Frequency-Transponderschaltkreis. Die gewählte Trägerfrequenz von 125 kHz gewährleistet, dass dem Implantat ausreichend Energie zur Verfügung steht. Der Schaltkreis enthält neben den Transponderbaugruppen auch einen frei programmierbaren Mikrocontroller mit Anschlussmöglichkeiten für digitale und/oder analoge Sensoren sowie Aktoren.“

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