Uni Siegen – Kleiner Lichtstrahl, große Wirkung

(wS/red) Siegen 28.09.2018 | Die Uni Siegen arbeitet im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts an einem wichtigen Beitrag zum autonomen Fahren.

Für viele Autofahrer gehören Assistenten wie ein Abstandswarner oder ein Notbremssystem längst zum Alltag. Auch das autonome Fahren, bei dem der Technik das volle Vertrauen geschenkt wird, ist auf dem Vormarsch. Noch gibt es aber zahlreiche Baustellen und so manche Entwicklung steckt erst in den Kinderschuhen. Die Universität Siegen könnte in den kommenden Jahren einen entscheidenden Beitrag zum Fortschritt auf diesem Gebiet leisten. Der Lehrstuhl Medizinische Informatik und Mikrosystementwurf ist einer von vier Partnern im EU-Forschungsprojekt LIANDRI (Advancing time-of-flight-technology for high performance light detection and ranging), das neue Maßstäbe im Bereich der photonischen Sensorik erzielen möchte.

Sensortechnologie bereichert unser Leben und spielt heutzutage eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von Anwendungen – in Alltagsgeräten zur simplen Temperaturregulierung ebenso wie in der Industrie zur Steuerung komplexer Fertigungsprozesse und zur Qualitätskontrolle. Ziel von LIANDRI ist es, innovative photonische Alternativen für bestehende Lösungen zu entwickeln. Der Fokus liegt dabei auf zwei wichtigen Anwendungsgebieten: autonomes Fahren und industrielle Fertigung. Mittelfristig sollen Fahrzeuge mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse kleine Hindernisse entlang der Straße auch aus großer Entfernung erkennen und identifizieren und Roboter in den Fabriken von morgen Fertigungsaufgaben noch präziser und effizienter ausführen können.

Dem Team der Universität Siegen um Dr. Michael Wahl kommt in dem auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekt eine entscheidende Aufgabe zu. Es soll eine programmierbare Schaltung entworfen werden, die einen sehr kurzen, aber gleichzeitig sehr hellen Lichtpuls aussendet. „Das ist an sich ein Widerspruch. Entweder funktioniert das schnell oder mit viel Leistung. Wir wollen beides kombinieren“, erklärt Wahl die Herausforderung. Photonik verbessert die Reichweite und Auflösung von Sensorsystemen gegenüber herkömmlichen Technologien erheblich. Bei der zum Einsatz kommenden genannten Lidar-Technologie (light detection and ranging) wird ein kurzer Lichtpuls ausgesendet, an einem Zielobjekt reflektiert und anschließend die dafür benötigte Laufzeit gemessen. Ohne Lichtquelle funktioniert dementsprechend das gesamte System nicht.

Optoelektronisches Sende- und Empfangssystem integriert auf einem Siziliumchip. (Quelle: AIT)

Kombiniert mit einem elektronischen Mechanismus zur Strahllenkung kann so in kurzer Zeit ein 3D-Bild einer Szene generiert werden. Das Lidar-System erzielt gegenüber traditionellen mechanischen Scan-Ansätzen eine höhere Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringerer Größe. Im Vergleich etwa zum funkbasierten Radar bieten sich zahlreiche Vorteile. Im Fall des autonomen Fahrens wird der „digitale Horizont“ durch nahtlose Erfassung von Objekten in einer Entfernung von über 200 Metern erweitert. Das wird die Leistungsfähigkeit künftiger Fahrerassistenzsysteme deutlich erhöhen und könnte dem autonomen Fahren zum breiten Durchbruch verhelfen.

Für die Anwendung in der industriellen Fertigung ist die Situation völlig anders gelagert, und dennoch spielt Lidar auch dort eine zentrale Rolle. So ermöglicht die hohe Auflösung photonischer Sensoren die präzise Lokalisierung von Objekten und Werkzeugen im Millimeterbereich und damit einen höheren Automatisierungsgrad und eine höhere Effizienz von Fertigungsanlagen.

Im multidisziplinären Forschungsprojekt LIANDRI arbeiten insgesamt vier Partner aus Deutschland und Österreich zusammen, um Innovationen in den Bereichen Photonik, Mikroelektronik und Signalverarbeitung voranzutreiben. Neben der Universität Siegen sind dies das Austrian Institute of Technology (AIT) sowie die Industriepartner ams und sof2tec. Das Projekt wird von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI) und der Europäischen Kommission im Rahmen des ERA-NET Co-Fund gefördert.

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