In der digitalisierten, hochtechnisierten Lebens- und Arbeitswelt ist die Verfügbarkeit von Kommunikations- und Datenverbindungen eine Grundvoraussetzung. Um diese Verbindungen grundlegend zu verbessern, setzen Forschende des im Mai 2021 gestarteten Verbundprojekts T-KOS auf Innovationen der Terahertz-Technologien.
Das durch die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) initiierte und vom BMBF mit zehn Millionen Euro geförderte Projekt will die Terahertz-Technologie erstmalig synergetisch in den Bereichen Kommunikation und Sensorik für die Industrie erschließen. Das Ziel: Gesellschaftliche Zukunftsthemen, wie Digitalisierung, Industrie 4.0 oder Ressourceneffizienz, erfolgreich umsetzen und somit den Wirtschaftsstandort Deutschland langfristig stärken.
Durch unsere zunehmende Mobilität als Nutzerinnen und Nutzer digitaler Anwendungen, den dadurch entstehenden Bedarf an flexibler Nutzung von breitbandigen Multimediainhalten (zum Beispiel in den Bereichen Entertainment, Medizin oder Logistik) sowie durch Zukunftstechnologien wie das Internet of Things (IoT) oder autonomes Fahren wachsen sowohl das Datenaufkommen in Mobilfunknetzen als auch die Anforderungen an die Kommunikationsnetze selbst. Eine vielversprechende Möglichkeit für die Erhöhung der Datenkapazität und nutzbaren Bandbreite ist der zusätzliche Einsatz der Terahertz-Technologien. Diese bilden nicht nur im Bereich der Funksysteme die Grundlage für Innovation, sondern auch im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung. Terahertz-Wellen können die meisten elektrisch nichtleitenden Materialien, wie etwa Keramik oder Kunststoffe, analog zu Ultraschall und Röntgen durchdringen, arbeiten jedoch ohne Koppelmedium, und benötigen weder aufwendige mechanische Führung noch Strahlenschutzmaßnahmen, da sie, anders als Röntgenstrahlen, für den menschlichen Organismus ungefährlich sind.
Dr. Dirk Nüßler, T-KOS-Projektleiter und stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer FHR:
„Die übergeordneten Projektziele sind der Aufbau einer deutschen Wertschöpfungskette zu Terahertz-Funklinks, zum Beispiel für die hochbitratige Kommunikation in der industriellen Produktion, die Inline-Überwachung von Produktionsprozessen mit KI-basierter, bildgebender Echtzeitverarbeitung für ressourceneffiziente Produktion und die erstmalige industrietaugliche Terahertz-Kommunikation und -Sensorik durch die Kombination skalierbarer elektronischer und photonischer Konzepte.“
Obwohl Terahertz-Strahlung für vielfältige Einsatzgebiete, zum Beispiel in der Sicherheitstechnik, Qualitätssicherung oder Materialprüfung, prädestiniert ist, scheiterte die industrielle Einführung bisher an der fehlenden Verfügbarkeit preiswerter, schneller und hochauflösender Systeme mit optimierten, KI-basierten Bilderkennungs-Algorithmen. Hier setzen die beteiligten Forscherinnen und Forscher im Projekt T-KOS an. Die Terahertz-Technologie soll für drahtlose Funkübertragung, zerstörungsfreie Prüftechnik, Spektroskopie und berührungslose Inline-Messtechnik synergetisch erschlossen werden. Dazu werden die in der FMD vorhandenen technologischen Kompetenzen für Kommunikation und Sensorik zusammengeführt und durch Know-how im Bereich Signalverarbeitung erweitert, um Industriekunden innovative Systemlösungen anbieten zu können. In der einjährigen Projektlaufzeit sollen so verschiedene Demonstratoren entwickelt werden, die die Zukunftsfelder Hochfrequenzelektronik, Terahertz-Photonik und drahtlose, hochbitratige Kommunikation adressieren. Der Projektkoordinator Fraunhofer FHR arbeitet in T-KOS eng mit dem Fraunhofer ITWM sowie den neun Kooperationspartnern der FMD zusammen.
Dr. Andreas Grimm, Technologiepark-Manager für Verbindungshalbleiter der FMD:
"Die bestehende Zusammenarbeit innerhalb der FMD ist die Grundlage für die Projektentwicklung gewesen. Deshalb ist unsere Freude groß, dass wir durch die Förderung des BMBF erstmalig die Chance erhalten, die Synergien der Terahertz-Technologie zu heben und ein Angebot an die Industrie für verschiedene Anwendungen zu richten.“
Zu den Partnern gehören das Fraunhofer ENAS in Chemnitz, Fraunhofer HHI aus Berlin, Fraunhofer IAF aus Freiburg, Fraunhofer IMS aus Duisburg, Fraunhofer IPMS aus Dresden, Fraunhofer ITWM aus Kaiserslautern, Fraunhofer IZM aus Berlin, Ferdinand-Braun-Institut/Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik aus Berlin und IHP/Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik aus Frankfurt/Oder.
Prof. Björn Globisch, Gruppenleiter am Fraunhofer HHI und Professor für Terahertz-Sensorik an der Technischen Universität Berlin:
"Um unsere Projektziele zu erreichen, ist T-KOS entlang dreier paralleler Entwicklungsstränge organisiert, die an Schlüsselstellen untereinander vernetzt sind. Für die Entwicklungsstränge Terahertz-Photonik, Terahertz-Zeilenkamera und Terahertz-Kommunikation können innerhalb der vergleichsweise kurzen Projektlaufzeit von zwölf Monaten verschiedene Demonstratoren realisiert werden, die weit über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen.“