Monat: Januar 2026

Da Geräte immer kleiner, intelligenter und komplexer werden, bestimmt die Sensortechnologie zunehmend die Leistung und Zuverlässigkeit von Systemen. MEMS spielen bei diesem Wandel eine wichtige, aber oft unterschätzte Rolle. Für Ingenieure ist ein solider Einblick in MEMS unerlässlich für das Design, die Integration und die Anpassung zukünftiger Systeme.

Mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) treiben im Stillen die Geräte an, die wir jeden Tag benutzen, von Smartphones über Autos bis hin zu medizinischen Systemen. MEMS spielen eine wichtige Rolle bei Anwendungen, bei denen Standard-Sensoren von der Stange unzureichend sind. Michael Kraft, Professor an der KU Leuven, verweist auf medizinische Anwendungen wie piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandler (PMUTs), die sperrige Hochspannungs-Ultraschallwandler durch MEMS-basierte Arrays aus mikroskopisch kleinen piezoelektrischen Membranen ersetzen. Dieser Ansatz könnte tragbare Ultraschallgeräte ermöglichen.

Kraft hebt auch neuronale Technologien hervor, darunter implantierbare Elektroden-Arrays, die eine Schnittstelle zum Gehirn bilden: „Derzeit laufen klinische Studien zur Stimulierung des visuellen Kortex bei blinden Menschen. Ich würde nicht sagen, dass das Sehvermögen dieser Patienten vollständig wiederhergestellt werden kann, aber dank MEMS kann ihnen wieder eine Wahrnehmung des Sehens vermittelt werden.“

Kraft ist ausgebildeter Elektroingenieur und hat an führenden Universitäten gearbeitet, unter anderem in Southampton und Lüttich in Europa und in Berkeley in den USA. Er ist seit den späten 1990er Jahren im Bereich MEMS tätig. In Leuven leitet er derzeit die Forschung auf dem Gebiet der Mikro- und Nanosysteme, betreibt den Reinraum der Universität und arbeitet mit Teams zusammen, die in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern MEMS-Geräte entwickeln und herstellen.

Maßgeschneiderte Ausbildung

„Ein MEMS-Sensor ist im Wesentlichen ein Wandler“, erklärt Kraft. „Er wandelt eine physikalische Eingabe in ein elektrisches Signal um. Während die zugrunde liegende Physik komplex sein kann, ist das Grundprinzip oft überraschend intuitiv.“

Im Inneren des Sensors eines MEMS-basierten Beschleunigungsmessers ist beispielsweise eine winzige Masse an mikroskopisch kleinen Federn in einer Siliziumstruktur aufgehängt. Wenn das Gerät beschleunigt, bewegt sich die Masse leicht. Dadurch ändert sich die elektrische Eigenschaft zwischen den Elektroden. Das daraus resultierende elektrische Signal wird dann von einem IC verarbeitet. Obwohl die Bewegung nur wenige Pikometer beträgt, also kleiner ist als ein einzelnes Atom, ist der Effekt messbar und wiederholbar. Auf diese Weise kann ein Smartphone Orientierungsänderungen erkennen oder ein Fahrzeug eine schnelle Verzögerung in einem Airbag-System spüren.

Wichtig ist, dass der sichtbare Chip nur ein Teil des Systems ist. Ein komplettes MEMS-Gerät besteht aus einem mechanischen Sensorelement, einer elektronischen Ausleseschaltung (ASIC), elektrischen Verbindungen und einer Schutzverpackung. Zusammen bilden sie ein Miniatursystem, das eine Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt schlägt.

Der winzige Maßstab, der MEMS so leistungsfähig macht, erschwert auch ihre Entwicklung. Eine Drucksensormembran kann sich als Reaktion auf ein aussagekräftiges Signal nur um wenige Pikometer verformen. Bei einer so kleinen Technologie können winzige Abweichungen in der Geometrie, den Materialeigenschaften oder den Herstellungsprozessen die Leistung erheblich beeinflussen.

Kraft bietet über das High Tech Institute einen dreitägigen Einführungskurs zu MEMS an. Dieser Kurs behandelt die allgemeinen Aspekte der Technologie, bevor er sich mit den Transduktionsprinzipien für physikalische Sensoren befasst. „Denken Sie an Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren und Resonanzsensoren“. Kraft zufolge eignet sich der Kurs hervorragend für Personen, die gerade erst in die MEMS einsteigen oder die Grundlagen auffrischen möchten.

Neben diesem Grundkurs ist auf Anfrage ein zweiter Kurs für erfahrenere Teilnehmer verfügbar. Dieser Kurs ist auf den Reifegrad und die Interessen der Teilnehmer zugeschnitten und kann sich auf ausgewählte Themen konzentrieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf piezoelektrische Bauelemente, Trägheitssensoren, Resonanzsensorik, modernste Technologie und neue Designansätze.

MEMS-Innovation

Mit Blick auf die Zukunft sieht Kraft ein starkes Wachstum, das von datenintensiven Technologien wie KI und Robotik angetrieben wird, für die kleine, stromsparende und skalierbare Sensoren unerlässlich sind. „Sensoren erfassen unverfälschte Daten aus der realen Welt. MEMS-Geräte sind für diesen Zweck gut geeignet, weil sie klein, stromsparend und skalierbar sind.“

Ein weiterer neuer Bereich, den Kraft identifiziert hat, ist Infraschall, d.h. Schallwellen, die deutlich unter 20 Hertz liegen. Hier reichen die Anwendungen von Frühwarnsystemen für Erdbeben und Vulkane bis hin zur Sicherheitsüberwachung. Die heutigen Infraschallsensoren sind sperrig und teuer, aber die MEMS-basierte Miniaturisierung könnte eine kostengünstige, verteilte Erfassung in großem Maßstab ermöglichen.

„Um Europas starke Position im Bereich MEMS zu erhalten“, so Kraft, „sind kontinuierliche Investitionen und Schulungen erforderlich.“ Seine Kurse am High Tech Institute, das an der Spitze der aktuellen MEMS-Technologie steht, helfen Ingenieuren und Unternehmen dabei, das Wissen aufzubauen, das sie benötigen, um neue Ideen in praktische, wettbewerbsfähige Sensorlösungen umzusetzen und gleichzeitig die langfristige Kompetenz Europas in diesem Bereich zu stärken.