Das EU-Projekt Listen2Future setzt da an, wo Medizin auf Mikroelektronik trifft. Kleinste MEMS-Sensoren sollen Minihörgeräte, schnelle Infektionskontrollen bei Säuglingen oder tragbare Ultraschall-Pflaster ermöglichen.

MEMS-Mikrofone ermöglichen kleinere und sparsamere Hörgeräte für den breiten Einsatz. (Bild: Infineon)

Unter der Leitung von Infineon Austria startete das europäische Forschungsprojekt Listen2Future mit 27 Partnern aus sieben Ländern, um kleinste Mikrofon- und Ultraschallsensoren für Untersuchungen in der Industrie und Medizin zu entwickeln. Das Projekt läuft drei Jahre und umfasst ein Projektvolumen von rund 30 Millionen Euro.

Kleine Sensoren wie Mikrofone und Ultraschallsensoren erfassen als digitales Ohr akustische Signale und erlauben schnelle Untersuchungen. Die Forschungen von Listen2Future sollen die Leistung bestehender Systeme deutlich verbessern und auch völlig neue Lösungen hervorbringen, die der Gesellschaft, den Menschen und der Gesundheit nützen.

Ziel ist es, kleinste elektro-mechanische Sensoren (MEMS) zu global wettbewerbsfähigen Kosten in die Serienproduktion zu bringen und für eine Vielzahl von Anwendungen in Industrie und Medizin bereitzustellen. Die Forschenden wollen höhere Bildauflösungen bei Ultraschallsonden, robuste Minihörhilfen mit erstklassiger Klangqualität und geringem Energieverbrauch hervorbringen. Im Fokus stehen auch tragbare Ultraschall-Pflaster etwa zur Früherkennung von Herzkrankheiten und Ultraschallgeräte für Infektionskontrollen bei Säuglingen. In der Industrie geht es um eine kontinuierliche Qualitätskontrolle von Materialien sowie die intelligente Überwachung der Energieinfrastruktur.

MEMS-Mikrofone sorgen in Hörgeräten und Hörsonden, im Smartphone oder Freisprecheinrichtungen für eine perfekte Klangqualität bei geringem Energieverbrauch. In der Medizin kommt Ultraschall in der Schwangerschaftskontrolle, der Untersuchung von Schilddrüse, Leber oder Herz zum Einsatz. Die Industrie nutzt Ultraschall, um Reibung, Vibrationen und Schadstellen zu „hören“ und damit Probleme leichter zu orten. Doch noch arbeiten die Geräte nicht in jedem Frequenzbereich gleich gut, liefern nur Momentaufnahmen und sind oft groß und teuer.

Das Team arbeitet daher an kleinen, piezoelektrischen Ultraschallsensoren und Mikrofonen basierend auf flexiblen Dünnschichtmaterialien. Dabei soll die Elektronik durch neue Materialien und Sensorkonzepte präzisere Signale und Bilder sowie ein höheres Klangerlebnis liefern, zudem dehnbar und anpassbar sein und wenig Energie verbrauchen. Die Forschungen laufen über die gesamte Entwicklungskette – vom Material und Design über die Signalverarbeitung, Aufbau- und Verbindungstechnologien, Softwareentwicklungen und KI-Algorithmen bis hin zur miniaturisierten und integrierbaren Systemlösung.

Von den rund 34 Millionen Menschen in Europa mit verminderter Hörleistung nutzt nur etwa jeder dritte Hörgeräte. Kleinere und leicht handhabbare Hörgeräte würden die Akzeptanz deutlich erhöhen. Die Weiterentwicklungen bei MEMS-Piezomikrofonen sollen kleine, robuste, wasserdichte Designs ermöglichen und den Stromverbrauch um mehr als 15 Prozent senken.

Mit miniaturisierten Ultraschallsonden lassen sich Infektionen und lebensbedrohliche Erkrankungen bei Säuglingen schnell, schmerzfrei und nichtinvasiv diagnostizieren. Hochintegrierte und günstige MEMS-Technologien aus dem Listen2-Future-Projekt machen die Geräte auch für den breiten Einsatz geeignet, etwa außerhalb des Krankenhauses und in Entwicklungsländern.

Das Projekt soll auch die Entwicklung flexibler Ultraschall-Pflaster voranbringen. Tragbare Ultraschallpflaster ermöglichen dauerhafte, kontinuierliche und nichtinvasive Herzkontrollen, um etwa Herzleistung, Insuffizienzen und Pumpvolumen zu überprüfen. In Zukunft könnten Patienten mit dem auf der Brust befestigten Pflaster schmerzfrei von zuhause aus ihre Herzleistung kontinuierlich überwachen.

Auch integrierbare Systeme für die kontinuierliche Material- und Qualitätskontrolle profitieren von der Forschung. So lassen sich Bauteile für die Luft- und Raumfahrt durchleuchten, um die verbleibende Nutzungsdauer zu erkennen. Die Online-Zustandsüberwachung des Stromnetzes kann kritische Komponenten permanent kontrollieren und unerwartete Ausfälle vermeiden.

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