Das Symposium biete eine wertvolle Plattform für Vernetzung von Wissenshaft und Praxis, betonte Hochschulvizepräsident Prof. Dr. Marcus Jautze bei seiner Begrüßung. Wie der Titel der Veranstaltung zeige, gehe es um das Thema Zukunft, die Hochschule wolle mit ihrer Forschung und Aktivitäten gemeinsamen mit Unternehmen weiterhin technische Neu- und Weiterentwicklungen forcieren. Nach fünf Symposien zum Thema „Mikrosystemtechnik“ habe man die Themenbandbreite erweitert, mit dem diesjährigen 5. Symposium Elektronik und Systemintegration könne man das 10. Jubiläum der Reihe feiern, freute sich Veranstaltungsinitiator Prof. Dr. Artem Ivanov und bedankte sich bei allen, die zum Gelingen der Veranstaltung beigetragen haben.
In 28 Fachvorträgen, einem begleitenden Tagungsband sowie einer begleitenden Ausstellung mit Postersession bot die Veranstaltung vielfältige Themen rund um Elektronik und Elektrotechnik, neuste Erkenntnisse aus Forschung und Praxis sowie viel Platz für Diskussion und Networking. Dabei standen einmal Themen wie Systemkomponenten und -integration, vernetzte Systeme und industrielle Anwendungen, Aufbau- und Verbindungstechnik, Sensorik und intelligente Steuerungssysteme im Fokus. Zusätzlich wurde in den Vorträgen und anschließenden Diskussionen auch die Bedeutung von KI-Anwendungen im Elektronikbereich, Aspekte der Nachhaltigkeit oder die Auswirkungen des Cyber Resilience Acts hervorgehoben.
Mit Chiptainability zur Nachhaltigkeit beitragen
Den Auftakt der Veranstaltung bildeten drei Plenumsvorträge, bevor es in Sessions mit jeweils zwei parallelen Vorträgen ging. Den Start machte Stefan Wunderer (Nokia) mit einem Vortrag aus dem Bereich der Nachhaltigkeit zum Thema: „Chiptainability - Nachhaltigkeits-Innovationen in der Mikroelektronik-Industrie“. Dabei betonte auch er die technologische Bedeutung der Elektrotechnik und der Mikroelektronik. Die EU fördere strategische Großprojekte (IPCEI: Important Projects of Common European Interest) in definierten Schlüsseltechnologien: und alleine im Bereich Microelectronics and Communication Technologies (ME/CT) seinen in Deutschland mehr als 4 Mrd. Euro für Projekte vorgesehen.
Nokia beteilige sich daran mit einem Großprojekt, das mehrere Ziele verfolge: Einmal solle die Chipentwicklung schneller und die Time-to-Market-Dauer verkürzt werden. Hierfür soll die Software-Integration und das Testing in Cloud-Servern erfolgen, ein System-On-Chip-Design mit digitalen Zwillingen verwendet und dadurch Prototyping vermieden werden. Auch wolle man leistungsstarke energieeffiziente Chips mit Blick auf Nachhaltigkeit entwickeln und einsetzen, hier biete die 3 Nanometer-Multichip-Technology großes Potenzial. Im Rahmen der Chiptainability, einer Kombination von Nachhaltigkeit und Halbleitertechnologie unter Einsatz von digitalen Lösungen, sei ein Ansatzpunkt, den Energieverbrauch für die jedes Jahr um fast 19 Prozent steigende Kapazität der Datenübertragung zu minimieren. Dies sowohl bei den Datencentern als auch bei der Datenübertragung. Ein erfolgversprechender Ansatz sei hier z.B. ein Deep Sleep Mode in Radio Units, das intelligente Abschalten von Komponenten mit einer beschleunigten Wake-up-Time. Insgesamt sei es von großer Bedeutung, Resilienz und Wettbewerbsfähigkeit in Europa zu stärken und den geopolitischen Vorteil der Führerschaft im Bereich der Nachhaltigkeit zu nutzen, ist Wunderer überzeugt.
Mit digitalem Zwilling zum innovativen MEMS-IR-Emitter
Im zweiten Plenumsvortrag befasste sich Toni Schildhauer (CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH, Erfurt) mit der Entwicklung eines „MEMS-IR-Emitter: Vom digitalen Zwilling über neuartige Verbindungstechniken bis hin zu standardisierten Messprotokollen“. Bisher werden NDIR-Sensoren (nichtdispersive Infrarotsensoren) zur Messung von Gasen wie CO₂ eingesetzt. Sie werden klassisch mit einer Glühwendel ausgestattet und decken nur kleinere Wellenlängen-Bereiche ab. In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekt wurde ein MEMS-IR-Emitter entwickelt, der auch im Mittleren Infrarot-Bereich (MIR) eingesetzt werden kann, sich durch hohe Strahlstärke, Pulsierbarkeit und reproduzierbaren Eigenschaften auszeichnet.
Dabei habe man einen ganzheitlichen Ansatz verfolgt, vom Chip-Design über die Fertigung bis zum aufgebauten Modul. Die Entwicklung erfolgte durch Simulation anhand eines digitalen Zwillings. Eine Herausforderung in der Simulation sei die Bestimmung der Material-Parameter wie Wärmeleitfähigkeit und -kapazität der Schichten gewesen, das Design wurde optimiert, die Bauform minimiert, ein SMD-Modul mit LTCC Mehrlagenkeramik und Durchkontaktierungen entwickelt. Ein neu entworfenes Messprotokoll soll zusätzlich die Vergleichbarkeit von Sensoren unterschiedlicher Hersteller erleichtern.
Einsatz von KI am Beispiel eine Anwendung für die Motorsteuerung
Mit einem Thema rund um Künstliche Intelligenz befasste sich der dritte Plenumsvortrag: Die beiden Referenten Stefan Betzold und Leon Angele (Burger Engineering) stellten ein in Kooperation mit der Georg Simon Ohm Hochschule in Nürnberg durchgeführtes Projekt vor, dessen Vision lautet, die Anwendbarkeit und Anwendung von Neuronalen Netzwerken (NN) für die Motor Kontrolle zu evaluieren. Dies, um Regelparameter durch lernende Verfahren optimieren zu können und dabei vorhandener PID Regler durch NN auf Mikrocontrollern zu ersetzen. Betzold nahm das Ergebnis vorweg: Zwar konnten die RID-Regler ersetzt werden, dies sei jedoch äußerst rechenintensiv, mit aktuellen Controllern war für die zeitkritische Anwendungen im Bereich der Motorsteuerung die Reaktionszeit viel zu lang. Erst wenn schnellere Controller mit NPU verfügbar seien, könne man hier die nächsten Schritte gehen.
Deshalb habe man den Fokus anschließend auf PID-Tuning mit Reinforcement Learning gelegt, das neben einer Mustererkennung auch eine Optimierung von Parameterwerten erlaube. Dabei wurde ein Framework mit einem HIL (Hardware-in-the-Loop)-Reinforcement Trainer aufgebaut, bei dem reale Hardwarekomponenten (z. B. Steuergeräte, Sensoren) in eine Simulationsumgebung eingebunden werden können. Das Reinforcement Learning erfolge relativ schnell, nach 25-30 Trainingszyklen könne man bereits Parameter optimieren. Wenn ein Netzwerk fertig trainiert ist, könne man es in die Realumgebung anwenden. Dies zeigte er am Beispiel eines HIL trainierten Pendels und einem AI-optimieren Greifer, der verschiedene Objekte mit verschiedener Materialstruktur greifen kann, für weitere Anwendungen sei man offen.
Vorträge in den Sessions verdeutlichten große Themenbandbreite
Die Vorträge in den Parallelsessions verdeutlichten die große Bandbreite an Themen, die Praxis und Wissenschaft beschäftigen, exemplarisch hier eine Auswahl. Ein Vortrag von Erwin Erkinger (System Industrie Electronic GmbH, Lustenau, Österreich) zeigte in der Session „Vernetze Systeme und industrieller Anwendung“, dass der europäische Cyber Resilience Act (CRA) auch für die Elektronik-Branche große Auswirkungen haben und Treiber für langlebige Elektrosysteme sein wird. Mit dem CRA soll das Sicherheitsniveau aller digitalen Produkte im EU-Binnenmarkt erhöht werden. Hersteller stehen in der Verantwortung für die Cybersicherheit, Sicherheits-Updates müssten über den gesamten Life-Cycle von Produkten bis zu 30 Jahre lang zur Verfügung gestellt werden. Dies schaffe enorme Herausforderungen aber auch Wettbewerbsvorteile, für diejenigen Hersteller, die sich früh mit der Thematik befassen und die daraus resultierenden Kundenansprüche befriedigen können. Mit einem Thema aus dem Energiesektor befasste sich ein Vortrag von Fahrhad Gadaki (Driescher Energy Solutions GmbH, Moosburg), der aufzeigte, wie semantisch angereicherte digitale Zwillinge - unter Einsatz von Asset Administration Shell (AAS) und einer global eindeutigen Kennung - Datensilos aufbrechen und die Grundlage für moderne Instandhaltungsstrategien sein können.
Sensorik-Themen nahmen in zwei Sessions einen breiten Raum ein. Die Themen reichten von 2- und 3-Omega Messungen mit thermischen Sensoren zur Bestimmung von Vakuum, Wandschubspannung und Gaskonzentrationen (Julian Eiler, OTH Regensburg) über automatisierten Charakterisierung und Qualitätsbewertung von Spannungsverstärkern für ALTP-Wärmestromsensoren (Simon Kaneider, Hochschule Landshut) bis zur elektrochemischen Zunge per Multielektroden-Array mit Intelligenten elektrochemischen Sensoren auf Basis von Metalloxiden (Josef Schottebauer, OTH Amberg-Weiden). Ein Messsystem zur kontaktlosen Erfassung von Betriebsschwingungen einer Violine unter realen Spielbedingungen stellte Prof. Dr. Artem Ivanov (Hochschule Landshut) vor.
Die Session Aufbau und Verbindungstechnik bot u.a. Vorträge zum innovativen 3D-Wirebonding (Dr. Bernhard Rebhan, F&S Bondtec Semiconductor GmbH, Braunau am Inn, Österreich) oder über ein 800 Volt Leistungsmodul auf Metallkernleiterplatte (Bernhard Jahn, Hochschule Landshut). Auch dem Thema Systemkomponenten und Systemintegration wurde eine Session gewidmet, hier stellte u.a. Tobias Schopf (Micro-Epsion Messtechnik GmbH& C. KG, Ortenburg) Fast Steering Mirrors für laserbasierte Kommunikation im Weltraum vor, mit Silikon basierten Field Emission Arrays befasste sich Ali Ashgarzade, OTH Regensburg, 3d-gedruckte Linsen für industrielle Radar-Sensoren präsentierte Dr. Peter Uhlig (IMST GmbH, Kamp-Lintfort). Die Entwicklung einer mikrocontrollerbasierten Wägeplattform, die eine flächendifferenzierte Gewichtsmessung mithilfe von Dehnungsmessstreifen (DMS) ermöglicht, erläuterte Christoph Bernauer in der Session intelligente Steuerungssysteme.
Nachhaltigkeit und KI als wichtige Zukunftsfaktoren
Auch die bereits in den Plenumsvorträgen aufgegriffenen Themen Nachhaltigkeit und KI wurden in eigenen Sessions weiter thematisiert. So zeigte Florian Hoffmann (Hochschule Landshut) einen Ansatz zur Bewertung des Potenzials von Elektrolyseur-Komponenten für die Kreislaufwirtschaft. Die Entwicklung und das Potenzial von siliziumbasierten anorganisch-organischen Hybridpolymeren als Ersatz für aus fossilen Rohstoffen gewonnenen Polymeren verdeutlichte Gerhard Domann (Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg). Am Beispiel von Bildererkennung zeigte Helmut Plötz (One Ware GmbH, Brakel) die vereinfachte und zeitsparende softwarebasierte Entwicklung von Anwendungen unter Verwendung eines auf die jeweiligen Bedarfe zugeschnittenen KI-Modells.
Die Halbleiter-basierte, intelligente DC-Schutztechnologie „SSPC Solid State Power Contactors" für die Leistungselektronik (z.B. für Bahn, Ladesäulen) unter Verwendung der KI-Methode „Current Feeded Power Fencing" stellte Maik Hohmann (Temes Engineering GmbH, Otterfing) vor. Den Abschluss der Veranstaltung bildete ein Vortrag von Peter Lopuszanski (Sensorik-Bayern GmbH, Regensburg) zum Thema “Thread-basierte Sensornetzwerke im industriellen Umfeld”: Da Bluetooth und Wi-Fi zur Datenübertragung im industriellen Umfeld oft zu störungsanfällig seien, wurde als Alternative ein Thread-basiertes Sensornetzwerk entwickelt, das mittels MQTT eine leichte Steuerung der Sensoreinstellungen erlaubt.
Wie das positive Feedback des Fachpublikums zeigte, konnten die Veranstalter - rund um den Forschungsschwerpunkt Elektronik und Systemintegration und ihrem Sprecher und Veranstaltungsinitiator Prof. Dr. Artem Ivanov sowie dem Cluster Mikrosystemtechnik der Hochschule Landshut - mit der Veranstaltung wieder eine gelungene Plattform für den Transfer und den Fachaustausch bieten. Die Teilnehmer nutzen rege die Gelegenheit zur Diskussion von Fachthemen und zum Netzwerken, dies an den Ständen der Fachausstellung und den präsentieren Posterpräsentationen. Zur Veranstaltung erschien ein online-Tagungsband, in Kürze wird der Zugriff für alle Interessierten unter www.symposium-esi.de möglich sein.
