Professur Mess- und Sensortechnik
Forschungsprojekte
 

Mikro- und Nanosensoren

Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB 1410) Hybrid Societies - Humans Interacting with Embodied Technologies, Laufzeit: 2/2020 - 2/2022 (48 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC- Sportgeräte & Technik

Ziel: Das Projekt zielt auf die systematische Ausarbeitung einer Methodik ab, wie kundenspezifische biomimetische BASNs für die Echtzeit-Erfassung von BGC und komplexen Gesten basierend auf neuartigen Sensorprinzipien, die auf polymeren Kohlenstoff-Nanoröhren-Kompositen (PCN) basieren und eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Druck und Belastung zusammen mit kundenspezifischen Algorithmen des maschinellen Lernens bieten, eingerichtet werden können. Die grundlegende Untersuchung erarbeitet die Grundlage für den Aufbau einer Simulationsumgebung zur Anpassung und Optimierung des Designs von BASN und zur Bestimmung der geringsten Anzahl von Sensoren und ihrer Position im menschlichen Körper durch Reduzierung der Dimensionalität, wobei ein definiertes Maß an Genauigkeit und Robustheit bei der Erkennung von Oberkörpergesten erreicht wird.

Gerfördert von der Europäischen Union im Rahmen des Programms M-Era.Net, Laufzeit: 06/2020 - 12/2023 (42 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC-Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, Luxembourg Institute of Science and Technology, Technical University of Liberec

Ziel:Das Ziel von CENTAUR ist die Entwicklung einer Funktionswerkstofffamilie auf der Basis von Oxidkeramik-Matrix-Verbundwerkstoffen (CMC), die mit oxidkeramischen Fasern und Kohlenstoff-Nanostrukturen verstärkt werden. Das neue Material ist mit integrierten Sensorfähigkeiten ausgestattet und kann mit 3D-Druckverfahren hergestellt werden, was eine kontinuierliche Inline-Verstärkung bei gleichzeitiger Kontrolle der Faserorientierung ermöglicht. Die thermomechanischen und Haltbarkeitseigenschaften werden verbessert (bruchfest, thermoschockbeständig, quasiduktil, korrosionsbeständig), bei geringerer Dichte (z.B. als Ni-Superlegierungen). Das Material kann als Primärstruktur in Hochtemperaturanwendungen (die Temperaturen bis 1350°C standhalten) für Online- und nicht-invasive Prozessinspektionen, wie z.B. Structural Health Monitoring, eingesetzt werden. Im TRL4 werden zwei funktionelle Prototypen für die Luft- und Raumfahrt und den Automobilsektor hergestellt und validiert, einschließlich einer verbesserten Software zur Modellierung der mechanischen Eigenschaften und zur weiteren Optimierung der mechanischen und sensorischen Leistung.

Gerfördert von der Bundesministerium für Landwirtschaft und Ernährung (BmLE), Laufzeit: 2020 – 2023

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, kessler engineering GmbH, Gummiwerk KRAIBURG Elastik GmbH & Co. KG, FFI GmbH, Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

Ziel:In diesem Projekt soll eine intelligente Matte entwickelt, die Druckverteilung mit präzisen Nanokompositsensoren erfasst, um damit auf Klauenkrankheiten zurückzuschließen. Durch eine intelligente Signalverarbeitung sollen gesunde und kranke Klauen differenziert werden und die Tiere über Transponder zugeordnet, um den Gesundheitszustand durch Feldmessungen zu überwachen. Alle relevanten Daten werden in einer Cloud gespeichert, so dass Tierärzte und Klauenpfleger den Krankheitsverlauf der Tiere jederzeit überprüfen können. Durch die frühzeitige Diagnose und Therapie von Klauenkrankheiten werden die lahmheitsbedingten Abgänge, Einbußen in der Milchleistung und Kalbung deutlich reduziert und ein unnötiges Leiden der Tiere stark minimiert.

Gefördert durch Förderer: 15/06/2021-31/05/2024

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik (Deutschland), TUC- Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (Deutschland), ?zmir Katip Çelebi University (Türkei), University of Sao Paulo FFCLRP (Brasilien), Bavi Plastic Ltda. (Brasilien)

Ziel: In (SmartHoub) wird eine neuartige, funktionale, intelligente Batterieverpackungstechnologie entwickelt, die auf einem hybriden Laminat-Materialsystem basiert, das gedruckte Elektronik mit leichten strukturellen Verbund- und Metallschichten kombiniert. Das Hybridlaminat wird ein hohes Festigkeits-Dichte-Verhältnis bieten, d.h. eine Gewichtsreduzierung von 40% im Vergleich zu Stahl. Die Integration der Sensormatrix und der Interkonnektoren in das Gehäuse wird dazu beitragen, die Innentemperaturen der Batteriezellen abzuschätzen, ohne dass diskrete Sensoren auf/in den Zellen erforderlich sind - dies ermöglicht etwa 5 % geringere Kosten pro Batteriepack und damit einen hohen wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen. Konkret soll gezeigt werden, dass die Verwendung dieses Laminats in Batteriepacks eine Schätzung der individuellen Zellentemperaturen innerhalb von 1ºC bei Kosten von etwa 0,2€ pro Batteriezelle ermöglicht, wodurch die Installation von separaten Temperatursensoren und deren Verkabelung in/auf den Batteriezellen vermieden wird. Dadurch werden Batterieeffizienz und -sicherheit deutlich verbessert und der Weg für ein intelligentes und sicheres Batteriemanagement und -diagnose kann geebnet werden.

 

Gerfördert von der Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), Laufzeit: 01.06.2022 – 31.05.2024

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik, Mosca Elektronik und Antriebstechnik GmbH , Hammerich Orthopädie GmbH Wismar

Ziel: Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen intelligenten, langlebigen Einlegesohle mit Multisensoren (10-20) zur präzisen Fußdruckmessung im Bereich von 5-800 kPa. Zu diesem Zweck wird ein Dispersionsverfahren zur Herstellung ultradünner CNT-Sensoren mit einer Schichtdicke von 350-400 µm entwickelt. Dies ermöglicht die Realisierung eines sehr deformierbaren und dehnbaren Einsatzes mit hohem Tragekomfort. Um eine hohe Leitfähigkeit zu erreichen, werden Kontaktelektroden mit einer speziellen Siebdruckmaske entwickelt. Darüber hinaus werden spezielle Einlagen zur Druckumverteilung sowie zum Abbau von Druckspitzen entwickelt, so dass die Füße, Gelenke etc. des Nutzers weniger belastet werden. Weitere Ziele sind die Waschbarkeit der Sohle und ein geringer Stromverbrauch, der durch ein Energierückgewinnungssystem erreicht werden soll. Zu diesem Zweck werden elektroaktive Polymere verwendet, die bei Verformung durch Fußdruck Strom erzeugen können. Mit Hilfe der intelligenten Einlegesohle zur Fußdruckerkennung sollen Überlastungen, die zu diabetischen Fußgeschwüren führen können, rechtzeitig erkannt werden und so vielen Patienten großes Leid und Kosten erspart werden.

 

Gerfördert von der Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), Laufzeit: 01.08.2022 – 31.07.2024 

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik, Motz GmbH

Ziel: Das Projekt "SensoMat" zielt auf die Entwicklung einer neuartigen intelligenten modularen Matratze mit einer Matrix aus Sensoren (1.089) zur präzisen Überwachung von Druckgeschwüren und Dekubitus. Zu diesem Zweck wird ein Dispersionsverfahren entwickelt, um eine ultradünne empfindliche Schicht auf Basis von CNT-Sensoren mit einer Schichtdicke von 150-250 μm herzustellen. Die Elektrodenmatrix wird im Siebdruckverfahren auf eine dünne PET-Folie gedruckt, die später mit der sensitiven Schicht integriert wird. Das Messprinzip des Drucksensors ist piezoresistiv. Die Matratze hat einen modularen Aufbau mit Abmessungen von 50 x 50 cm², was die Realisierung von anpassbaren Größen ermöglicht. Die intelligente Matratze ist mit einer schnellen Sensorelektronik ausgestattet, die Sensordaten mit einer Rate von 120 Hz erfassen und an ein digitales Tool zur Echtzeitvisualisierung und haptischen Rückmeldung übertragen kann. Die intelligente Matratze ermöglicht eine frühzeitige Diagnose von Druckgeschwüren und Wundliegen bei bettlägerigen Patienten und bewahrt sie vor weiteren medizinischen Komplikationen.

Gerfördert von der Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), Laufzeit: 01.03.2023 – 28.02.2025

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik, Hydrostat International GmbH Energy Absorbing Devices + Service, ElektroSolid GmbH

Ziel: Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Dehnungsmessstreifens (5,5 MOhm, k-Faktor > 10) auf der Basis von Nanopartikel-Polymerkompositen und zugehöriger Messelektronik zur autonomen Erfassung, Speicherung und Freigabe von Daten für die Lebenszyklusüberwachung von viskoelastischen Dämpfern in Schienenfahrzeugen. Durch die Einwirkung verschiedenster Kräfte im Bereich von 200-2000 kN treten Verformungen der Zylinderoberfläche der Dämpfer auf. Die als Dehnungen aufzufassenden Veränderungen sollen mit dem neuartigen Dehnungsmessstreifen erfasst werden und durch die Entwicklung geeigneter Methoden Rückschlüsse auf den Verschleißzustand des Dämpfers zulassen. Durch die Platzierung des Messsystems auf der Dämpferoberfläche müssen alle beteiligten Komponenten rauen Umgebungsbedingungen (Regen, Schnee, Streusalz) und großen Temperaturunterschieden (-40 - 80 °C) standhalten und haben eine geringe Größe von 50 x 50 x 30 mm (LxBxH). Da alle auf den Dämpfer einwirkenden Ereignisse erfasst werden sollen, muss eine hohe Messfrequenz (25 ms) realisiert werden. Um die daraus resultierende Datenlast so gering wie möglich zu halten, werden Kompressionsverfahren zur Datenreduktion entwickelt.

Gerfördert von der Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), Laufzeit: 01.02.2023 – 31.01.2025

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik, VELA Performance GmbH, Entiac GmbH

Ziel: Ziel des Carbon-RFID-Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen intelligenten drahtlosen Dehnungssensors für die präzise Messung von Dehnungen in Leichtbaustrukturen im Mikrodehnungsbereich (0,1-2 %). Zu diesem Zweck wird eine Dispersionsmethode entwickelt, um eine Patch-Antenne aus einem hybriden Nanokomposit auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren/Graphenoxid/PEDOT:PSS mit FR-4-Substrat und Cu-Grundplatte herzustellen. Die Gesamtdicke der Patch-Antenne beträgt etwa 500-530 µm. Das mechanische Verhalten der RF-Antenne hängt von der Änderung der Resonanzfrequenz ab, die durch die Änderung der Dehnung des Patch-Materials verursacht wird, wenn eine Dehnung auf das Material einwirkt. Aufgrund der Abstimmbarkeit des hybriden Nanokomposits können die Eigenschaften der Patch-Antenne trotz unterschiedlicher Abmessungen in ähnlicher Weise eingestellt werden. Um die Patch-Antenne drahtlos überwachen zu können, wird eine Kommunikationsbox für RFID-Lesegeräte entwickelt und ein RFID-Chip in die Patch-Antenne integriert. Mit Hilfe der Patch-Antenne und der RFID-Kommunikationsbox für Lesegeräte kann erstmals das Verformungsverhalten von Fahrzeugstrukturen im Mikrodehnungsbereich gemessen werden, um Schäden frühzeitig zu vermeiden.

Neuartige Sensoren und Messverfahren auf der Basis von Impedanzspektroskopie

Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2183: Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse, DFG Projektnummer: 424334154, Laufzeit: 3/2020 - 2/2024 (48 Monate in der 1. und 2. Förderphase)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC-Virtuelle Fertigungstechnik

Ziel: Das Projekt (SPP 2183) zielt darauf hin, eine neuartige Regelungsstrategie für den inkrementellen Umformprozess des Projizierdrückens zu entwickeln. Das Grundkonzept besteht aus der Ermittlung und gezielten Einstellung der Zielgröße Festigkeit an rotationssymmetrischen Bauteilen während der Umformung. Dafür kommt ein Multi-Sensor-System zum Einsatz, welches aus einem Magnetfeldsensor mit integrierter Temperatur- und Abstandsmessung besteht. Zusätzlich zur gezielten Einstellung von Bauteileigenschaften wird weiterhin eine Möglichkeit geschaffen, während der Umformung auf äußere Einflüsse wie beispielsweise Chargenschwankungen oder Unregelmäßigkeiten in der Blechdicke zu reagieren.

Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Projektnummer: 03EI3019B, Laufzeit: 1/2021 - 12/2023

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, Gossen Metrawatt GmbH, AMAC GmbH

Ziel:

ImpTest ist ein innovatives System zur Überwachung und Bewertung des Zustands von Batterien, die in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen eingesetzt werden. ImpTest basiert auf der Messung der Impedanz, einem Parameter, der die elektrischen Eigenschaften einer Batterie widerspiegelt. Durch die cloudbasierte Analyse der Impedanzdaten kann ImpTest den Lebenszyklus einer Batterie verfolgen, ihren Lade- und Gesundheitszustand bestimmen und potenzielle Fehler oder Verschlechterungen frühzeitig erkennen. ImpTest bietet damit eine zuverlässige und kostengünstige Lösung für das Management von Batterieflotten in verschiedenen Anwendungsbereichen. Das Herzstück des Batterietesters ist ein impedanzbasiertes Batteriemessmodul, das als modularer Einschub oder als Messkarte in Batterietestern konfiguriert oder als separate Messhardware in einem stationären Energiespeichersystem eingesetzt werden kann.

Das Hauptziel des ImpTest-Projekts ist die Entwicklung eines Mixed-Signal-ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), der die Messung von Strom und Spannung bei verschiedenen Frequenzen zur Berechnung der Impedanz mit hoher Auflösung ermöglicht. Das Projekt ist in mehrere Arbeitspakete unterteilt, darunter Anforderungsanalyse, Systemspezifikation, grundlegende Untersuchungen zur Impedanzspektroskopie für Batterietests, Entwicklung des Batterietestmoduls, Entwicklung und Herstellung des Batterietest-ASICs, Entwicklung des Batterietesters und Redesign der Testerbaugruppen.

 

Gefördert von Mitteln der European Social Fund Plus (ESF Plus) und des Freistaats Sachsen, 1/2023 - 12/2024

Partners: TUC-Alternative Fahrzeugantriebe, TUC-Betriebswirtschaft - Betriebliche Umweltökonomie und Nachhaltigkeit, TUC-Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe, TUC-Energie- und Hochspannungstechnik, TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC-Regelungstechnik und Systemdynamik, TUC-Technische Thermodynamik

Aim:

HZwo-StabiGrid zielt darauf ab, Wasserstoffsysteme in das Stromnetz zu integrieren. Dabei werden vor allem zwei Ziele verfolgt: erstens die Verringerung des Risikos von Netzausfällen und zweitens ein positiver Beitrag zur Energiewende durch den Einsatz von Wasserstoff als Energieträger.

Um die Netzstabilität im Zuge der Energiewende zu gewährleisten, erforschen wir in dem Projekt, welche Leistungsfähigkeit grüne wasserstoffbasierte Energiespeicher im Vergleich zu traditionellen Speichern haben müssen. Insbesondere untersuchen wir, inwieweit Wasserstoffsysteme und ihre Wandler den Anforderungen von Stromnetzen mit mehr als 80 Prozent erneuerbarer Energie gerecht werden und damit die Rolle eines Energiespeichers übernehmen können. Damit leisten wir einen grundlegenden Beitrag zur Diskussion um die Entwicklung von Energiewandlungssystemen für erneuerbare Energien. Darüber hinaus entwickelt unsere Nachwuchsgruppe einen Leitfaden, der das Risiko der Netzinstabilität für verschiedene Kombinationen von Stromerzeugungsanlagen und Energiespeichern mit netzgekoppelten oder netzbildenden Wechselrichtern beschreibt. Über die Forschungsleistung hinaus möchte sich das Team auch dem Technologietransfer widmen. Dazu sollen gemeinsam mit dem Sächsischen Kompetenzzentrum Wasserstoff und Brennstoffzellen geeignete Formate entwickelt und Kooperationen mit Industriepartnern aufgebaut werden.

Elektrochemische Sensoren

Gefördert von der Europäischen Kommission, Laufzeit: 1/2023 - 12/2025 (36 Monate)

Partner: TUC - Mess- und Sensortechnik, Center for Research on Microelectronics and Nanotechnology (CMRN), Sousse, Tunisia, Laboratory of Microelectronic Technologies (LTM), Grenoble, France, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Spain

Ziel:Das Zentrum für Mikroelektronik- und Nanotechnologieforschung CRMN hat bereits verschiedene Geräte für die physikalisch-chemische Charakterisierung von Nanomaterialien (wie SEM, AFM usw.) erworben und ist derzeit dabei, einen 120 m² großen Reinraum zu bauen und verschiedene Geräte dafür zu erwerben Mikro- und Nanofabrikation. Ziel des Projekts ist es, dass CRMN die Aktivitäten der Branche durch die Bereitstellung von Dienstleistungen und die Förderung innovativer Forschungsprojekte stärkt. Das Partnerschaftsprojekt trägt dazu bei, die Kapazitäten des wissenschaftlichen, technischen und administrativen Personals des CRMN zu stärken, um ein wichtiger Akteur in seinem Tätigkeitsbereich zu werden. Der Beitrag von MST zur Unterstützung des Technologietransfers und der Forschungsvalorisierung im Bereich Sensoren. Über PRIMiNaS soll das CRMN dabei unterstützt werden, einen großen Schritt in Richtung verantwortungsvoller Forschung und Innovation zu machen, die gesellschaftliche Herausforderungen im Zusammenhang mit der Entwicklung der Nanotechnologie (Bildung, Sicherheit usw.) berücksichtigt.

Gefördert von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Laufzeit: 1/2021 - 12/2023 (36 Monate)

Partner: TUC - Mess- und Sensortechnik, Tomsk University (Russland)

Ziel: Pestizide gehören zu den problematischen Schadstoffen, die in Wasser, Nahrungsmitteln und Boden gefunden werden, da sie sich in der Umwelt anreichern und ein ernstes Risiko für die Menschen darstellen. Die Goldstandard-Ansätze der analytischen chemischen Erkennung sind kostspielig und aufwendig. Elektrochemische Methoden (EC), wie z. B. die Impedanzspektroskopie und die voltammetrischen Methoden, sind preiswert und quantitativ, werden in der analytischen Chemie häufig eingesetzt, haben aber in der Regel eine geringe Selektivität. Die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) ist hochempfindlich und erkennt chemische "Fingerabdrücke" von Molekülen, steht aber vor kritischen Herausforderungen, wenn es um die Durchführung quantitativer Analysen geht. Die Kombination der beiden Messprinzipien in einer Messmethode bietet die Möglichkeit, spezifischere und quantifizierbare Informationen über komplexe Analyten zu gewinnen, die Empfindlichkeit zu verbessern und Synergieeffekte zu realisieren. Dennoch bringt sie aufgrund der erwarteten Abhängigkeit der beiden Methoden einige Herausforderungen mit sich. Das elektrische Potential beeinflusst die Oberflächeneigenschaften, die Ionenkonzentration und den Ladungstransfer zwischen den Analyten und beeinflusst dadurch auch die SERS-Verstärkung. Die photoinduzierten Effekte, wie photokatalytische Reaktionen auf plasmonischen Oberflächen, können neue Produkte erzeugen, die neue Möglichkeiten bieten, zusätzliche Informationen über die komplexen Mischungen zu erhalten, indem diese Produkte elektrochemisch analysiert werden. In diesem Projekt soll die Kombination von EC-Methoden mit SERS für den ultrasensitiven markierungsfreien Nachweis von Analyten in komplexen Gemischen untersucht werden. Es zielt darauf ab, grundlegende Fragen, die dieser Dual-Sensing-Ansatz eröffnet, bezüglich Durchführbarkeit, Konfiguration, prospektiver Spezifizitäts- und Quantifizierungsgrenzen in der Tiefe zu beantworten und Synergieeffekte und gegenseitige Einflüsse beim Pestizidnachweis zu identifizieren. Das erworbene Wissen soll die Grundlage für neuartige und kostengünstige tragbare, hochspezifische und ultrasensitive Sensorsysteme bilden.

Gefördert von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Laufzeit: 2/2020 - 1/2023 (36 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC-Halbleiterphysik

Ziel: Graphenoxid (GO) kann aufgrund seiner Empfindlichkeit auf verschiedene Messgrößen zur Realisierung von multifunktionalen Sensoren verwendet werden. Dabei hat es den entscheidenden Vorteil der schnellen und einfachen Herstellung als ultradünne Schicht, da es durch Laserschreiben strukturiert und funktionalisiert werden kann. Durch Variation der Laserparameter kann der Reduktionsgrad eingestellt werden, um die elektrischen Eigenschaften, wie z.B. die Bandlücke, definiert zu verändern. Die Abtasteigenschaften können auf eine bestimmte Menge oder einen bestimmten Messbereich eingestellt werden. Das Hauptziel von PHOTOSENS ist es, die Möglichkeit zu untersuchen, die elektronischen Eigenschaften, d.h. Arbeitsfunktion und Bandlücke von GO-Schichten durch Laserreduktion einzustellen, um ihre Dehnung und Lichtempfindlichkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck werden mit dem Laser in der Ebene liegende Heterostrukturmuster GO-Schichten mit Dicken von einigen Nanometern bis zu Hunderten von Nanometern realisiert.

Gefördert von der Zentrales Innovationsprogram Mittelstand (ZIM), Laufzeit: 6/2021 - 12/2023 (30 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, Hegewald Medizinprodukte GmbH, Lichtenberg, Germany

Ziel: Entwicklung eines miniaturisierten kombinierten Biomasse-, pH- und Sauerstoffsensors, der in skalierbare Einweg-Bioreaktoren integriert wird. Im Rahmen des Projektes der TUC und der Hegewald Medizinprodukte GmbH (HMP) soll ein miniaturisierter kombinierter Biomasse-, pH- und Sauerstoffsensor entwickelt werden, der in skalierbare Einweg-Bioreaktoren integriert wird. Um die Entwicklungsergebnisse zu verifizieren und zu validieren, ist ein kontrolliertes Wachstum von Zellen, Bakterien oder anderer lebensfähiger Biomasse in einem Bioreaktor notwendig. Während des Wachstums sollten die Wachstumsbedingungen kontrolliert werden, und es müssen Referenzmessungen durchgeführt werden, um die Ergebnisse der Sensoren mit genau definierten Referenzwerten von kommerziellen Sensoren zu vergleichen.

Drahtlose Sensoren und Energy Harvesting 

Nitramon is gefördert von der SAB aus Mitteln der Europäischen Fonds, Laufzeit 7/2018-6/2021

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik, TUC-Numerische Mathematik, TUC-Regelungstechnik und Systemdynamik, TUC-Supramolekulare Chemie

Ziel: Der Fokus des Forschungsvorhabens liegt in der Umsetzung und Untersuchung eines Sensorsystems zur Detektion von Nitrat und Messung der Nitratkonzentration. Darüber hinaus soll ein autarkes Sensornetzwerk entwickelt werden, mit welchem es sowohl möglich ist, die Nitratsensoren mit ambienter Energie, beispielsweise aus Sonnenlicht oder Temperaturgradienten, zu versorgen als auch die Sensordaten kontinuierlich zu erfassen und an eine zentrale Stelle zur Auswertung drahtlos zu übertragen.

Mit dem entwickelten Sensorkonzept wird eine kontinuierliche Überwachung von Nitrat im Boden möglich. Aufgrund der autarken Energieversorgung arbeitet das Sensorsystem wartungsfrei und effizient. Durch geeignete Platzierung der Sensoren und einer geeigneten Messstellendichte wird eine feld- bzw. betriebsbezogene Zuordnung von Nitrateintrag möglich. Dieser Sensor dient damit gleichermaßen als Kontrollinstrument sowohl für die Landwirte zur Bewertung der Bodenbeschaffenheit als Grundlage der Düngebedarfsermittelung für die jeweilige Kultur und den nötigen Nährstoffeintrag als auch für die zuständigen Umweltbehörden zur Bewertung des Nitratgehalts in Böden zum Schutz der Gewässer und der Einhaltung der Regeln des Düngens nach guter fachlicher Praxis, z. B. Einhaltung von Abständen zu Gewässern oder Dünge-Sperrfristen. Aus dieser Bedarfsermittlung ergeben sich Kosteneinsparungen durch die optimale Düngung bei gleichzeitiger Bodenschonung.

Gefördert vom BmWi, Laufzeit 2020-2022

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, JG special products GmbH, aiXtrusion GmbH, IPM Industrieprodukte Meissner GmbH

Ziel: Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Systems zur innovativen Verschleißüberwachung von Kettengliedern und Gleitschienen in Kettenförderanlagen auf Basis eines energieautarken, miniaturisierten Sensorelements. Dieses soll direkt in ein neuartiges Förderkettenglied integriert werden und mittels kontaktloser Energieübertragung und drahtlosem Datenaustausch erstmalig eine kontinuierliche online Überwachung des Zustands von Kettenförderanlagen zur Ermittlung des Verschleißfortschritts erfolgen.

Gefördert vom BmWi, Laufzeit 2020-2022

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS, Gesellschaft für Elektronik und Design mbH

Ziel: Die vielfältigen Anwendungsfelder von IoT (Internet of Things) machen eine Generalisierung von Produkten im Sensorikbereich schwierig. Viele Multisensor-Systeme sind auf einen spezifischen Anwendungsfall ausgelegt. Das Projektkonsortium will diesem Umstand mit einer innovativen Sensorlösung entgegenwirken. Es soll eine vollständig individualisierbare Multisensorplattform entwickelt werden, die von einer eigens entwickelten künstlichen Intelligenz (KI) gesteuert wird. Der Kunde kann nach einem Baukastenprinzip selbst entscheiden und zusammenstellen, welche Sensorik und Funktionen für ihn ausschlaggebend sind. So wird es möglich, mit einem Produkt ein großes Anwendungsspektrum im Bereich IoT abzudecken. Des Weiteren soll die Energieversorgung der Multisensorplattform autark über eine ebenfalls individualisierbare Energy-Harvesting-Technologie erfolgen und die Daten lokal mithilfe einer speziell entwickelten eingebetteten KI verarbeitet werden, ohne dass ein Hochladen in eine Cloud nötig ist. Darüber hinaus wird die Multisensorplattform als Miniaturlösung angeboten, die 2-3 Mal kleiner als andere aktuelle Lösungen ist und trotzdem zu einem Preis angeboten werden kann, der mindestens 50 % niedriger ist als der der Konkurrenzprodukte.

Mikro- und Nanosensoren

Gefördert vom BMWi und TU Chemnitz, Laufzeit: 1/2020-12/2021 (24 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik

Ziel:Ziel des Projektes ist es ein flexibles, langlebiges und batterieloses drahtloses Sensor basierend auf Nanomaterialien, wie z. B. Kohlenstoff-Nanofüller, in Form von einer Patchantenne zu entwickeln. Durch die Nutzung von Nanomaterialien kann die Empfindlichkeit, die Auflösung und die Abfrageentfernung wesentlich verbessert werden. Die RFID-Patchantennentsensors wird in Hinsicht auf Reproduzierbarkeit, Kompensation von Querempfindlichkeiten optimiert. Durch die Entwicklung eines geeigneten Readers zum Auslesen des Sensors soll eine gesamte Systemlösung realisiert werden. Mit diesem System sollen die Vorzüge des Nanokompositmaterials demonstriert werden und die Vermarktung eines eigenen Patents vorangetrieben werden.

 

Printexray, Gefördert vom BMWi im Rahmen des Programms IGF, Projektlaufzeit: 08.2018 -06.2020

Partner: TUC measurement and sensor technology, TUC print media technology, TITV Greiz

Ziel: Ziel ist es, gedruckte Sensoren auf der Basis von CNT/Polymer-Verbundwerkstoffen und leitfähig strukturierten textilen Oberflächen so zu kombinieren, dass universell einsetzbare textile Sensorflächen zur Druck- und Feuchteüberwachung entstehen, die vor allem für Anwendungen im Pflegebereich geeignet sind. Im Gegensatz zu bisherigen Messsystemen sollen multifunktionale Sensoren bei gleichzeitig verbesserten Sensoreigenschaften (höhere Empfindlichkeit, größerer Messbereich, hohe Flexibilität) realisiert werden. Dazu werden die präzise gedruckten Sensoren mittels der robusten metallisierten Garne mit grossen Textilflächen verbunden.

Gefördert von der SAB und EFFRE Fonds, Laufzeit: 1/2020 - 04/2022 (28 Monate)

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), Scherdel Marienberg GmbH, ANDAV electronics GmbH i. G., IDT Industrie- und Dichtungstechnik Werk Kupferring GmbH

Ziel: Ziel des Vorhabens, TP 1.3, ist die Entwicklung eines neuartigen Verspannkonzeptes auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL). Hierdurch wird es möglich, die Vorspannkraft während der Stack-Montage und vor allem während des Betriebes in Abhängigkeit der Stack-Temperatur individuell und präzise einzustellen. Hierzu können die Temperatur des Brennstoffzellen-Stacks sowie eine externe Energiezuführung genutzt werden.  Bei erhöhten Leistungsanforderungen kann so beispielsweise eine aktive Vorspannkrafterhöhung zwischen den Bipolarplatten realisiert werden, welche den Stapel im optimalen Betriebsbereich hält.

Parallel ist es Ziel, smarte Dichtungen in bestehende Stack-Strukturen zu integrieren. Zum einen können so die aufgebrachten Vorspannkräfte und der sich damit ergebende Druck auf die Dichtungen direkt in Verbindung gebracht und der Betrag der Vorspannung überwacht werden. Vorspannkraftsenkungen infolge eines Druckabfalls können somit kontinuierlich erfasst und durch die adative Stackverspannung ausgeregelt werden. Darüber hinaus ist die Überwachung der Druckverteilung über die Dichtungsfläche möglich. Unterschiedliche Druckverteilungen (z. B. aufgrund von Form- und Lageabweichungen der Stack-Komponenten) können erfasst und durch externe Ansteuerung einzelner FGL-Elemente lokal angepasst werden.

Gefördert durch Förderer: Beginn 08/10/2020 -Anfang 07/10/2022

Partner: TUC- Mess- und Sensortechnik (Deutschland), imk automotive GmbH, Institut für Mechatronik e. V.

Ziel: SimKra verfolgt das Ziel durch eine parametrisierte Simulation von Fügekräften, Montageprozesse digital abzusichern, um schon im Vorfeld die vorgenannten Gefährdungen der Gesundheit der mit der Montage befassten Werker zumindest zu mindern, wodurch sich auch die Wirtschaftlichkeit der Unternehmungen steigern lässt. Die Gestaltung humaner und wirtschaftlicher Prozesse setzt eine genaue und effiziente Bestimmung von Fügekräften und -zeiten voraus. Aus diesem Grunde wird im Rahmen des Forschungsvorhabens SimKra eine Methodik entwickelt, die es im Rahmen einer virtuellen Produktionsplanung nach ergonomisch und wirtschaftlich relevanten Kriterien ermöglicht, die beim manuellen Fügen wirkenden Fügekräfte sowie die Belastungen im Hand-Arm-System zu ermitteln.Wesentliche Einflussgrößen wie die Eigenschaften der Fügepartner, Fügestelle, Kopplungs- und Umgebungsbedingungen werden im zu entwickelnden Prognosemodell für die Bestimmung von Fügekräften berücksichtigt. Das Prognosemodell wird aus umfangreichen Messungen in Verbindung mit FEM-Simulationen erstellt. Basis für das zu entwickelnde numerische Modell sind umfangreiche Messreihen, die sowohl idealisierte normierte Messungen als auch praktische Messungen unter Einsatz verschiedener Messinstrumente und Probanden beinhalten. Zur Erfassung valider Kraftdaten müssen Kraftmessmethoden, -sensoren und ein entsprechender Kraftmessstand konzipiert werden, mit dem die Fügebedingungen und die Arbeitsausführung variiert und deren Einfluss auf die Fügekraft im Modell abgebildet werden können.

(SenseCare)

 

 

 

Neuartige Sensoren und Messverfahren auf der Basis von Impedanzspektroskopie

Gefördert vom BMWi Im Rahmen des Programms ZIM, Laufzeit 2020 – 2022

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, Steinbeis Innovation GmbH, Weber Schweißmaschinen GmbH, Waldemar Frank Formenbau GmbH

Ziel: Die Überwachung der Nahtverbindungsqualität während des Schweißprozesses bietet die Vorteile der werkstofflich-technologischen Charakterisierung des Schmelzbades hinsichtlich des Erstarrungsprozess der abzubildenden Nahtgeometrie, der Erfassung von möglichen Defekten und der Beschreibung der Erwärmungs- und Kühlungsverläufe der Werkstoffe während des Schweißens. Zu entwickeln ist ein Inline-Sensor- und Regulierungssystems, der die magnetischen und die elektrischen Eigenschaften des Werkstücks über ein geeignetes Profil durch eine Vielzahl aus Sensorelementen erfasst. Der verfolgte Ansatz soll trotz den extremen Temperaturen und die starken elektromagnetischen Felder, die vom Lichtbogen erzeugt werden, für die Qualitätssicherung des Schweißprozesses und die Belastbarkeit der Schweißnaht sorgen.

Gefördert vom BMWi Im Rahmen des Programms ZIM, Laufzeit 2020 – 2022

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, BS Banktechnik GmbH

Ziel: Münzzähl- und Klassifikationsautomaten nutzen die kombinierte Information aus mehreren Sensoren, um eine Einteilung in echte Prägungen und Fälschungen umzusetzen. Durch typische fertigungsbedingte Abweichung der Sensoren muss bei Multi-Sensorsystem die Klassen und Klassengrenzen in den Klassifikations-Algorithmen an das einzelne System individuell angepasst werden. Die Zielstellung im Projekt ist dieses Prozess zu automatisieren. Dafür sollen Verfahren wie das überwachte Lernen (supervised learning), Supportvektormaschinen, neuronale Netze und nicht überwachtes Lernen (unsupervised learning) implementiert und evaluiert werden. So kann beispielweise beim wiederholten Auftreten einer neuen Fälschungsart das System selbstständig ein Signal an Anwender und Hersteller abgeben.

Gefördert vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD)

Duration: 3/2019 - 12/2021 (33 Monate)

Partners: TUC Mess- und Sensortechnik (MST), Digital Research Center of Sfax (CRNS)

Ziel: Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Plattform für tragbare Bioimpedanzmessgeräte zur Gesundheitsüberwachung und Gewebediagnose. Dies erfordert eine genaue und breitbandige Anregung und eine schnelle low-cost Messung. Die Möglichkeiten zur Implementierung von breitbandigen Anregungssignalen auf eingebettete Systeme werden untersucht. Mehrere Architekturen für die Auslegung von spannungsgesteuerten Stromquellen werden studiert und verglichen. Das Projekt zielt darauf ab, die Bioimpedanz zusammen mit Spezialisten aus Medizin und Sport anzuwenden.

 

Minitstry of Higher Education (Tunesien)

Duration: 5/2020 - 4/2022 (24 Monate)

Partners: TUC Mess- und Sensortechnik (MST), Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sousse,  Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sfax, Ecole Nationale d'Eléctronique et des Telecommunications, Hôpital Farhat Hached Sousse

Ziel: Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Assistenzsystems für Menschen mit akuter oder chronischer respiratorischer Insuffizienz. Das System besteht aus einem künstlichen Beatmungsgerät, einem nicht-invasiven System zur tomographischen Messung der elektrischen Impedanz der Lungen und einer Plattform zur Fernüberwachung/-diagnose von Patienten auf der Intensivstation oder zu Hause. Eine digitale Plattform wird eine kollaborative Telediagnose und Tele-Expertise gewährleisten, insbesondere in Gebieten mit geringer medizinischer Demographie.

 

Gefördert vom IEEE, Laufzeit 12 Monate

Ziel: In this project, a laboratory course is developed based on low-cost, open source platforms for a comprehensive practical education in instrumentation at different levels of study. The developed laboratory course enables students to acquire practical and scientific knowledge in different aspects, like measurement methods, sensor principles, signal conditioning, data acquisition and sensor signal processing.

 

  • Bildungsinitiative Schaufenster Elektromobilität Bayern/Sachsen
  • Entwicklung eines Lichtmanagementsystems für das eParabike
  • Vermessung und Qualifizierung von Batterien (Industrieauftrag)
  • Chemnitzer Initiative Technologien für die Elektromobilität "CITE"
  • Projekt Smart-lic (Smart Battery Management System Module for Integration into Li-Ion Cells for Fully Electric Vehicles) innerhalb der European Green Cars Initiative
  • Nachwuchsforschergruppe: Adaptive Antriebe Für die Elektromobilität (AdAntE)
  • Nachwuchsforschergruppe"Intelligente dezentrale Energiespeichersysteme" (IDE)
  • Projekt LiFive (Lithium, fünf Volt) innerhalb der Innovationsalianz Li-Ion (LIB2015)
  • Kabelmonitoring mit Time Domain Reflectometry (TDR)
  • Qualitätsbeurteilung von Lebensmittel mit Impedanzspektroskopie
  • Untersuchungen zu induktiven Näherungssensoren (Industrieauftrag)
  • Konzeption eines modularen Impedanzmesssystems für den niedrigen bis mittleren Frequenzbereich (Industrieauftrag)

Drahtlose Sensoren und Energy Harvesting 

  • Ko²SiBus Kontinuierliche und kostengünstige Signalüberwachung für industrielle Bussysteme (IGF)
  • Entwicklung und Umsetzung eines Modells zur Hystereseberechnung für ein Transfernormal
  • Verteiltes Sensornetz zur Böschungsüberwachung (SENBÜ)
  • Drahtloses Sensorsystem mit kinetischem Energiewandler in Schraubenform für Nutzfahrzeuge
  • Transnationale Nachwuchsforschergruppe: Autarke Intelligente Sensornetze in der Produktion (AiS)
  • Energy Harvesting zur Energieversorgung eines autarken Sensorsystems für Schienenfahrzeuge (Industrieauftrag)
  • Beteiligung am Kompetenznetzwerk nanett: Projektbereich B: Autonome Sensorknoten
  • Autarkes Sensornetzwerk zum Monitoring in der Energietechnik (ASTROSE)
  • Energiemanagement für Systeme mit Energy Harvesting (Industrieauftrag)
  • Leistungsmessung im Standby-Betrieb (Industrieauftrag)

Elektrochemische Sensoren

Gefördert von der SAB im Rahmen des Programms TG 70, Laufzeit: 2020 - 2023

Partner: TUC-Regelungstechnik und Systemdynamik, TUC-Mess- und Sensortechnik, TUC-Angewandte Analysis,

Ziel: Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von intelligenten Systemen, welche für die ressourceneffiziente Produktion von gesunden Lebensmitteln in gekoppelten agrarischen Produktionssystemen benötigt werden. Die Rolle von der Professur Mess- und Sensortechnik MST ist die Entwicklung geeigneter Sensoren, welche die Digitalisierung, Optimierung und Regelung dieser komplexen biotechnologischen, agrarischen Produktionssysteme ermöglichen.

Gefördert von der SMWA durch ESF Fonds, Laufzeit 01.10.2018 - 30.09.2020

Partner: Corant GmbH, Technische Universität Chemnitz, 3dvisionlabs GmbH

Ziel: Im Fokus der Forschungsaktivitäten stehen die Themen Gesundheit und Sicherheit, mit der speziellen Zielsetzung der Erkennung von Gefahrensituationen für den Menschen durch gesundheitsschädliche Substanzen und daraus resultierende gefährliche Situationen. Die multimodale Sensorbox soll sich perspektivisch nahtlos in die Technik von Wohn- und Arbeitsräumen integrieren lassen. Die erfassten Daten sollen auf Wunsch zentral über eine Anwendung auf dem Mobiltelefon oder im Browser abgerufen und weiterverarbeitet werden können. Auch können Meldeketten realisiert werden, um bspw. Hilfe zu rufen und Informationen über die Situation vor Ort an Dienstleister und Hilfeleistenden direkt zu übermitteln. Auch die Integration in andere Systeme soll durch Integration standardisierter Schnittstellen vorangetrieben werden. So sollen zum Beispiel Möglichkeiten geschaffen werden Alarmsituationen global über alle verfügbaren Geräte im Netzwerk auszugeben.

Hydromon, Gefördert vom BmBF, Laufzeit 30 Monate

Partner: TUC-Mess- und Sensortechnik, SEBA Hydrologie, JuB GmbH

Ziel: Die Erfassung von Pegelständen, Fließgeschwindigkeiten, Wellenausbreitung und anderer Parameter ist essentiell für den Katastrophenschutz während eines Hochwassers. Die Messung dieser Parameter ist in solchen Situationen besonders schwierig. Die Partner im Projekt "HydroMon" arbeiten an einem Sensornetzwerk, welches die Umgebung in diesen Situationen überwachen kann. Das Netzwerk wird autark arbeiten. Es wird elektrisch versorgt über Energy Harvesting und kommuniziert drahtlos. Eine einfache Installation ist dabei genauso wichtig wie geringe Kosten, damit das System sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern eingesetzt werden kann. Es kann einfach installiert werden und liefert dem Notfallmanagement zuverlässig Informationen.

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Untereinander koordinieren sich Menschen mühelos aufgrund ihrer Fähigkeiten zur Kommunikation, zum Erkennen von Absichten und zur Bewegungssteuerung. Sie weichen einander geschickt aus oder übergeben sich Gegenstände ohne Zeitverzögerung. Damit Begegnungen und Kooperationen in hybriden Gesellschaften ähnlich flüssig verlaufen, ist es notwendig, eine effiziente Koordination zwischen Menschen und verkörperten Technologien, wie zum Beispiel Robotern, zu erreichen. Das erfordert Wissen über zwischenmenschliche Interaktionen und technische Kompetenzen.

Daher arbeiten im SFB „Hybrid Societies" Forscherinnen und Forscher aus den Bereichen Psychologie, Ingenieurwissenschaften, Informatik, Bewegungswissenschaften, Sprachwissenschaften, Gestenforschung, Soziologie, Physik, Mathematik und Jura eng zusammen. Die wissenschaftlichen Fragestellungen betreffen neue Formen der Mensch-Technik-Interaktion, die sich aus der schnellen Entwicklung verkörperter Technologien ergeben. Zu verkörperten Technologien zählen solche, die teilweise oder zeitweise von Menschen gesteuert werden wie bionische Prothesen oder Telepräsenzroboter sowie Avatare in virtuellen Realitäten.

Weitere Informationen erhalten Sie unter : https://hybrid-societies.org/

Im Jahr 2013 haben Experten der Impedanzspektroskopie das CEIS mit dem Ziel ins Leben gerufen, als Plattform für die Förderung der grundlegenden Entwicklung der Methode und als Lenkungsausschuss für IWIS zu dienen, indem jedes Jahr Experten für Plenarsitzungen und Tutorials vorgeschlagen und auch gemeinsame Unternehmungen auf diesem Gebiet gefördert werden der Impedanzspektroskopie (IS) und der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS).

Weitere Informationen  finden Sie hier:  (CEIS)

Die derzeitige technische Entwicklung ermöglicht hochkomplexe, intelligente, anpassungsfähige und autonome cybertechnische Systeme, die die kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten des Menschen bei der Lösung der neuen Herausforderungen von morgen unterstützen, ergänzen und übertreffen können. Diese stetige Weiterentwicklung von immer leistungsfähigeren und intelligenteren Technologien führt derzeit zu ebenso neuen und komplexen Herausforderungen in dynamischen Produktionssystemen, welche schnell und konsequent bewältigt werden müssen. Eine zentrale Herausforderung im Bereich der Produktionssysteme wird in Zukunft darin bestehen, hochkomplexe Probleme mit unzähligen Parametern zu lösen, welche die Kapazitäten von Einzelpersonen und konventionellen, menschlichen Teams weit übersteigen. Daher ist es zur Lösung dieser Probleme und zur Steigerung der Produktivität letztlich notwendig, Teams aus Menschen und Produktionssystemen zu bilden, die auf ein derartiges „Teaming“ zwischen Menschen und Produktionssystemen spezialisiert sind. Bei “Productive Teaming“ handelt es sich um eine gemeinschaftliche Forschungsinitiative der TU Chemnitz, der TU Ilmenau und der OVGU Magdeburg, die sich aus dem bereits bestehenden Forschungs- und Innovationsnetzwerk „CHIM“ heraus entwickelt hat. Ziel dieser Initiative ist es, mithilfe übergreifender Themenkomplexe das Teaming zwischen menschlichen und künstlichen Agentinnen und Agenten besser zu verstehen und eine Antwort auf unter anderem folgende Forschungsfrage zu finden: Können intelligente Systeme kognitiv so augmentiert werden, dass sie in der Lage sind, die Fähigkeiten und Bedürfnisse des Teampartners innerhalb dieses Prozesses dynamisch zu antizipieren?

Weitere Informationen zur Forschungsinitiative finden Sie hier:  CHIM.