Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom IPMS haben eine Mikrochip-Architektur entwickelt, die Ultraschall bis 300 kHz erzeugen und empfangen kann. Ein Messgerät analysiert die reflektierten Schallwellen, indem es beispielsweise misst, wie lange die Welle zwischen dem Sensorsystem und dem reflektierenden Objekt unterwegs war oder wie sich die Frequenzen aufgrund des Doppler-Effekts verschoben haben. Die Auswertung des Ultraschalls erlaubt eine räumliche Auflösung natürlicher Bewegungen und Gesten im Sub-Zentimeter-Bereich über Distanzen bis zu einem halben Meter.

Gestensteuerung im Fahrzeug

Mögliches Anwendungsgebiet für die Technologie ist beispielsweise die Gestensteuerung im Fahrzeug. Fraunhofer IPMS/Shutterstock

Für die Entwicklung setzen die Forscher auf eine neue Klasse elektrostatischer, mikro-elektromechanischer (MEMS) Biegeaktoren, die das Fraunhofer IPMS seit 2016 zur Erzeugung von Hörschall in Mikrolautsprechern und für Mikropumpen stetig weiterentwickelte. Dieses so genannte nano-e-drive-Antriebsprinzip (NED) nutzt die hohen Kräfte elektrostatischer Felder in Nanometer-kleinen Elektrodenspalten aus, um mechanische Bewegungen mit Auslenkungen im Bereich mehrerer Mikrometer zu ermöglichen. Für die Schallerzeugung wird dabei nicht nur die Chipoberfläche, sondern das komplette Bauelementvolumen eingesetzt.

Für die weitere Entwicklung erwarten die Fraunhofer-Forscher hohe Luft-Volumenströme, die in hohe Schalldrücke gewandelt werden und folglich ein gesteigertes Signal-Rausch-Verhältnis für niederfrequente Ultraschallwandler bereitstellen. Die Resonanzfrequenz und damit Detektionsreichweite sowie das räumliche Auflösungsvermögen lassen sich durch die Geometrie der NED-Biegeaktoren definieren.