Effizientere industrielle Kommunikation und Sensorik durch den Einsatz hochfrequenter Terahertzstrahlung
Flexible und verlässliche Kommunikations- und Datenverbindungen sind Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Digitalisierung. Immer mobilere Nutzerinnen und Nutzer sowie zunehmend komplexere digitale Anwendungen aus dem industriellen Umfeld verursachen ein immer größeres Datenaufkommen. Dementsprechend ist es wichtig, die Netze dahingehend weiterzuentwickeln, dass sie höhere Datenraten ermöglichen. Hierfür gilt es, höhere Frequenzbereiche für die Funkübertragung zu erschließen, denn sie bieten die benötigten Bandbreiten. Ein bisher für die Mobilkommunikation noch nicht genutzter Bereich ist die hochfrequente Terahertzstrahlung. Sie eröffnet aufgrund der erzielbaren Datenraten große Chancen für die nächste Mobilfunkgeneration 6G, deren Einführung ab 2028 zu erwarten ist. Neben dieser Nutzung der Terahertzfrequenzen für den Funk bieten sie sich auch für sensorische Anwendungen an, beispielweise als Alternative zu Röntgenstrahlung oder Ultraschall in der Produktkontrolle. Aus technischer Sicht sind für solche Terahertzsysteme jedoch noch viele Fragen hinsichtlich der Ressourceneffizienz und der kostengünstigen praktischen Umsetzung zu klären. Dies gilt für die Nutzung dieser Systeme als Sensor ebenso wie für deren Einsatz als Funkschnittstelle.
Im Projekt „Terahertztechnologien für Kommunikation und Sensorik“ (T-KOS) werden die technologischen Kompetenzen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) für Kommunikation und Sensorik mit der Expertise des Fraunhofer ITWM zusammengeführt. Erforscht wird die Terahertzstrahlung im Hinblick auf einen möglichen Einsatz in der Industrie. Ziel ist erstens, den praxistauglichen Einsatz von Terahertzkommunikation in der industriellen Produktion zu erreichen. Zweitens wird der mittels Künstlicher Intelligenz automatisierte Einsatz von Terahertzstrahlung für ein bildgebendes Verfahren zur Prüfung und Vermessung von Werkstücken zwecks einer ressourcenschonenden Produktion erprobt. Drittens soll die generelle Industrietauglichkeit von Terahertzkommunikation und -sensorik durch die Kombination skalierbarer elektronischer und optischer Konzepte nachgewiesen werden. Diese Ziele wollen die Forschenden durch Ansätze aus der Hochfrequenzelektronik und Photonik erreichen und sich die Synergien durch eine gemeinsame Betrachtung zunutze machen. Dabei verwenden sie optische Verfahren und Technologien zur Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Information, die mittels Terahertzstrahlung generiert wurde. Um zu prüfen, ob die Projektergebnisse anwendbar und praxistauglich sind, wird zu jedem der drei Ziele je ein Demonstrator entwickelt.
Durch T-KOS werden die Grundlagen für Terahertzsysteme im Funk sowie in der Prüf- und Messtechnik geschaffen. Von den Lösungen profitieren insbesondere die Stahl- und Automobilindustrie, die Kunststoff- und Lebensmittelproduktion sowie Spezialanwendungen wie die Herstellung von Solarzellen. In Industriezweigen wie diesen wird durch Terahertzkommunikation und -sensorik eine ressourcenschonendere Produktion möglich und der Treibhausgasausstoß verringert. Gleichzeitig ermöglichen die Projektergebnisse verschiedene innovative Dienstleistungen und Produkte von KMU. So leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag, um die deutsche Wirtschaft auf den Zukunftsfeldern Digitalisierung, Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz nachhaltig voranzubringen. Das Forschungsvorhaben zahlt somit auf das Ziel ein, die technologische Souveränität Deutschlands und Europas zu stärken.