Forschung -

Integrierte Mikrochips für elektronische Haut

Das erste vollintegrierte Bauelement aus Magnetsensoren und organischer Elektronik schafft eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von elektronischer Haut.

Der Tastsinn der menschliche Haut verarbeitet vielfältige Informationen aus der Umgebung. Das funktioniert nur, weil die Hautoberfläche flexibel und bestens vernetzt ist. Schon lange versuchen Wissenschaftler, diese Eigenschaften auch auf künstliche Haut zu übertagen, um zum Beispiel Roboter oder Prothesen damit auszustatten.

Elektronische Haut könnte sogar zusätzliche Fähigkeiten haben – etwa einen Orientierungssinn im Magnetfeld. Es gibt bereits sehr dünne und biegsame Sensoren, die auch auf weichen und elastischen Oberflächen funktionieren, verschiedene physikalische Wechselwirkungen registrieren und über eine Art künstliches Nervensystem weiterleiten können.

Ein großes Hindernis für die Verwirklichung einer elektronischen Haut stellt bisher noch die praktikable Vernetzung und Ansteuerung der einzelnen Sensoren dar. In ersten Demonstratoren muss jeder einzelne Sensor einer flächenhaften Anordnung separat kontaktiert und adressiert werden. Um die dafür nötige Verkabelung zu umgehen, ist hier der Technologieschritt nötig, der seinerzeit die Schaltkreise zum integrierten Mikrochip gebracht hat: die Integration einzelner Magnetsensoren mit weiteren elektronischen Komponenten wie Signalverstärkern.

Forscher aus Dresden, Chemnitz und Osaka haben nun ein neues magnetisches Sensorsystem vorgestellt, das wegweisend für diese Integration ist. Es besteht aus einer Anordnung von 2 mal 4 Magnetsensoren, einem organischen Bootstrap-Schieberegister zur Ansteuerung der Sensormatrix und organischen Signalverstärkern. Das Besondere ist, dass alle elektronischen Komponenten auf organischen Dünnschichttransistoren basieren und in einer einzigen Plattform integriert sind.

Die Forscher konnten zeigen, dass das System eine hohe magnetische Empfindlichkeit aufweist und die zweidimensionale Magnetfeldverteilung in Echtzeit abbilden kann. Außerdem ist es sehr robust gegenüber mechanischer Verformung, wie Biegen, Knittern oder Knicken. Neben der vollständigen Systemintegration ist auch die Verwendung von organischen Bootstrap-Schieberegistern ein wichtiger Entwicklungserfolg auf dem Weg zur elektronischen Haut.

Professor Dr. Oliver G. Schmidt, Direktor am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und Dr. Daniil Karnaushenko erläutern: „Unsere ersten integrierten Magnetfunktionen beweisen, dass sich flexible Dünnschichtsensoren in komplexe organische Schaltkreise integrieren lassen. Der nächste Schritt besteht darin, die Anzahl der Sensoren pro Oberfläche zu erhöhen und die elektronische Haut auf größere Oberflächen auszudehnen.“

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