Wie funktionieren MEMS-Sensoren?
In den Sensoren schaffen Ingenieure feinste Strukturen aus Silizium, die sich bei der Bewegung des Gehäuses um Bruchteile eines Tausendstelmillimeters verschieben. Dabei ändern sich die elektrischen Eigenschaften. Diese lassen sich messen und in einen Datenstrom wandeln. Der zeigt dann zum Beispiel einem Handy, in welcher Lage es sich befindet. Die Dimensionen, in denen die Bosch-Ingenieure dabei arbeiten, sind winzig: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 70 Tausendstelmillimeter (70 Mikrometer). Manche Komponenten messen nur noch 4 Mikrometer – das ist 17 Mal weniger als ein menschliches Haar.
Weil die mikromechanische Sensorik nur schwache elektrische Signale hervorbringt, haben die Entwickler im Bauelemente-Gehäuse neben dem Sensor – oder teilweise sogar direkt auf demselben Chip – noch eine Elektronik integriert. Sie verarbeitet die kleinen Signale, verstärkt und wandelt sie in digitale Daten. MEMS-Sensoren (Micro Electro Mechanical Systems)können so Steuergeräte direkt mit Messwerten versorgen. Bald werden die feinen Fühler noch viel mehr können: dann stecken sie in der Kleidung und zählen den Herzschlag, dienen als mobile Wetterstationen, die den CO2-Gehalt der Luft messen, und registrieren die typische Bewegung, wenn Nutzer das Handy in die Hosentasche stecken – um dann das Display abzuschalten.
Mögliche Funkverbindungen
Es gibt mehrere internationale Standards wie WiFi, mit denen Geräte über Funk Daten austauschen. Damit empfangen und senden zum Beispiel PCs ihre Daten zur Router neben der Telefon- oder Kabelsteckdose. Auch Smartphones oder MP3-Player können so Verbindung zu PCs oder Routern aufnehmen. Bluetooth ist ebenfalls ein Funkstandard, der aber nur kurze Entfernungen überbrückt. Er koppelt zum Beispiel Kopfhörer an ein Handy oder einen MP3-Player ans Autoradio. ZigBee ist ein Industriestandard, um zum Beispiel wartungsfreie Sensoren in schwer zugänglichen Bereichen anzusteuern. Je nach gewünschter Anwendung können MEMS-Sensoren mit unterschiedlichen Funkverbindungen ausgestattet werden.
Energieversorgung
Bosch wendet große Mühe auf, um MEMS-Sensoren so klein wie möglich zu bauen. Um diesen Vorteil nicht an anderer Stelle wieder aufzuheben, brauchen internetfähige Sensoren einen möglichst niedrigen Stromverbrauch. Weil die Sensoren selbst nur wenig Energie benötigen, kommen sie auch mit sehr kleinen Batterien aus. Für das Übertragen der Daten via Funk ist eine größere Leistung nötig. Trickreiche Mechanismen sorgen aber dafür, dass Daten nur dann gesendet werden, wenn es unbedingt nötig ist. Zudem macht die Technik Fortschritte, sodass neue Batterien über Monate und Jahre halten.
Um dem Ziel eines auf Dauer wartungsfreien Funksensors näher zu kommen, konzentrieren sich Ingenieure zudem auf das sogenannte Energy Harvesting, das „Ernten“ von Energie aus der Umgebung. Dazu kommen mehrere Verfahren infrage: Antennen können Energie aus im Raum vorhandenen Funkwellen ziehen. Auch Schall liefert in Strom wandelbare Energie, ebenso Vibrationen, Druck, Stöße oder Wärme. Die gewonnen Energiebeträge sind jeweils winzig, in der Summe können sie aber für viele Anwendungen ausreichen.
Weitere Informationen im Internet
Hintergrund zu Energy-Harvesting
WiFi-Allianz
ZigBee-Allianz
Hintergrund zu MEMS-Sensoren
Sensoren für die Automobilelektronik
Sensoren für die Konsumelektronik
Sensoren – Wie Technik die Umwelt erfühlt
MEMS: die Stars unter den Sensoren
Hintergrund zu MEMS-Sensoren
Offener Standard für das Smart Home der Zukunft
Video: Wafer-Fab und Sensor-Fertigung
Die Bosch Sensortec GmbH, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Robert Bosch GmbH, entwickelt und vermarktet ein breites Spektrum maßgeschneiderter mikroelektromechanischer (MEMS) Sensoren, -Lösungen und -Systeme für Anwendungen in Smartphones, Tablets, Wearables oder anderen Produkten für das Internet der vernetzten Dinge.
Das Produktportfolio von Bosch Sensortec umfasst Beschleunigungs, Drehraten, geomagnetische, Druck, Feuchte und Gas Sensoren, sowie integrierte Kombinationen derselben, abgerundet durch ein umfassendes Software-Angebot. Bosch Sensortec hat sich seit seiner Gründung 2005 zum Technologieführer in den adressierten Märkten entwickelt. Seit 1995 ist Bosch ein Pionier und weltweiter Marktführer im Bereich der MEMS-Sensoren und hat bisher mehr als sieben Milliarden MEMS-Sensoren verkauft. Bosch-Sensoren sind weltweit in drei von vier Smartphones verbaut.
Mehr Informationen unter www.bosch-sensortec.com sowie unter twitter.com/boschMEMS.
Über Bosch
Die Bosch-Gruppe ist ein international führendes Technologie- und Dienstleistungsunternehmen mit weltweit rund 375 000 Mitarbeitern (Stand: 31.12.2015). Sie erwirtschaftete im Geschäftsjahr 2015 einen Umsatz von 70,6 Milliarden Euro. Die Aktivitäten gliedern sich in die vier Unternehmensbereiche Mobility Solutions, Industrial Technology, Consumer Goods sowie Energy and Building Technology. Die Bosch-Gruppe umfasst die Robert Bosch GmbH und ihre rund 440 Tochter- und Regionalgesellschaften in rund 60 Ländern. Inklusive Handels- und Dienstleistungspartnern erstreckt sich der weltweite Fertigungs- und Vertriebsverbund von Bosch über rund 150 Länder. Basis für künftiges Wachstum ist die Innovationskraft des Unternehmens. Bosch beschäftigt weltweit 55 800 Mitarbeiter in Forschung und Entwicklung an 118 Standorten. Strategisches Ziel der Bosch-Gruppe sind Lösungen für das vernetzte Leben. Mit innovativen und begeisternden Produkten und Dienstleistungen verbessert Bosch weltweit die Lebensqualität der Menschen. Bosch bietet „Technik fürs Leben“.
Das Unternehmen wurde 1886 als „Werkstätte für Feinmechanik und Elektrotechnik“ von Robert Bosch (1861–1942) in Stuttgart gegründet. Die gesellschaftsrechtliche Struktur der Robert Bosch GmbH sichert die unternehmerische Selbstständigkeit der Bosch-Gruppe. Sie ermöglicht dem Unternehmen langfristig zu planen und in bedeutende Vorleistungen für die Zukunft zu investieren. Die Kapitalanteile der Robert Bosch GmbH liegen zu 92 Prozent bei der gemeinnützigen Robert Bosch Stiftung GmbH. Die Stimmrechte hält mehrheitlich die Robert Bosch Industrietreuhand KG; sie übt die unternehmerische Gesellschafterfunktion aus. Die übrigen Anteile liegen bei der Familie Bosch und der Robert Bosch GmbH.
Mehr Informationen unter www.bosch.com, www.bosch-presse.de, www.twitter.com/BoschPresse.
