Infotainment Wenn das GPS einmal aussetzt – ein neuer Mikro-Navi-Chip der DARPA hilft weiter

Wenn das GPS einmal aussetzzt ist das für Autofahrer sicher lästig, für militärische Einsätze kann es jedoch katastrophal enden. Deshalb Entwickelt die DARPA nun an einem ohne GPS funktionierenden Navi-Chip.

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Wenn es um die Navigation zu Land, Wasser oder in der Luft geht, ist das US-Militär derzeit auf das satellitenbasierte Global Positioning System (GPS) angewiesen. Ebenso wie bei den GPS-Geräten in vielen Autos reichen zur exakten Navigation ein einfacher Empfänger und etwas Rechenleistung aus. Was aber, wenn das GPS nicht zur Verfügung steht – etwa wegen eines Satellitenausfalls, wegen feindlicher Störungen, wegen störender Interferenzen oder weil das Satellitensignal bei der Fahrt durch einen Tunnel abreißt?

Für Autofahrer ist ein GPS-Ausfall allenfalls lästig – bei militärischen Einsätzen jedoch kann er katastrophal enden! Deshalb arbeitet die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, eine Behörde des Verteidigungsministeriums der USA) derzeit daran, ein solches Szenario zu verhindern – und zwar mit einem Navigationssystem, das zudem deutlich kleiner ist als die Navigationsinstrumente in heutigen Verteidigungssystemen.

Der Chip enthält alles, was man zur Navigation braucht

DARPA-Forscher an der University of Michigan ist mit der so genannten TIMU (timing & inertial measurement unit) ein Durchbruch gelungen: Das System enthält alles, was zur Navigation benötigt wird, wenn das GPS für einige Zeit ausfällt. Der Prototyp des TIMU-Chips enthält eine Sechs-Achsen-IMU, bestehend aus drei Gyroskopen und drei Beschleunigungssensoren, sowie einen hochgenauen Timer-Baustein in einem einzelnen Miniaturchip, der kleiner als ein Cent-Stück ist. Entstanden ist dieser Chip mit Bausteinen, Werkstoffen und Entwicklungen des DARPA-Programms „Micro-Technology for Positioning, Navigation and Timing (Micro-PNT)“.

Drei Informationen reichen zur Navigation

Um sicher von A nach B zu kommen, sind drei Informationen notwendig: Richtung, Beschleunigung und Zeit. Der neue DARPA-Chip basiert auf modernen Komponenten, die all diese drei Informationen gleichzeitig zur Verfügung stellen können. Möglic wurde die neue Entwicklung dank eines neuer Fertigungsprozesses mit hochwertigen Werkstoffen für Vielschicht-Beschleunigungssensoren und Timerbausteinen – und alles wurde in einem Gehäuse mit gerade einmal 10 mm³ untergebracht.

Jede der sechs in Mikroprozessen gefertigten Lagen der TIMU ist gerade einmal 50 µm dick, was etwa der Dicke eines menschlichen Haares entspricht. Jede der Schichten hat – wie die verschiedenen Stockwerke eines Gebäudes – eine andere Funktion.

Siliziumdioxid ist der ideale Werkstoff für den Navi-Chip

„Sowohl die Strukturschichten der Sensoren als auch das integrierte Gehäuse bestehen aus Siliziumdioxid“, erklärt DARPA-Programm-Manager Andrei Shkel. „Die Härte und Festigkeit dieses Hochleistungsmaterials macht Siliziumdioxid zum idealen Werkstoff, alle benötigten Komponenten in einem Miniaturgehäuse unterzubringen. Das so entstandene TIMU-Prototyp ist so klein und so robust, dass er sich optimal für militärische Anwendungen eignet, wenn GPS einmal aussetzt.“

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