Sie begegnen uns im Smartphone, in Wearables, in Autos, in implantierbaren Insulinpumpen oder in Piko-Projektoren. Stark miniaturisierte elektromechanische Systeme mit aktiv beweglichen Komponenten (MEMS) sind heute die technologische Grundlage unzähliger Anwendungen der Optik, der Mess- und Medizintechnik, Biotechnologie oder Kommunikationstechnik. Häufig werden elektrostatische Felder genutzt, um Aktoren anzutreiben. Die am Fraunhofer IPMS entwickelten nanoskopischen elektrostatischen Aktoren (NED) ermöglichen es, den Elektrodenabstand, der für die Erzeugung der elektrostatischen Kräfte benötigt wird, auf wenige Hundert Nanometer zu reduzieren und dennoch große Auslenkbewegungen von über 100 Mikrometern zu erreichen. „Große Auslenkungen sind normalerweise nur mit größeren Elektrodenabständen und demnach mit sehr hohen Antriebsspannungen möglich“, erläutert Prof. Harald Schenk, Direktor des Fraunhofer IPMS und Leiter des Forschungsteams. „Bei NED-Aktoren werden elektrostatische Kräfte allerdings in laterale Kräfte umgeleitet. Diese transformierten lateralen Kräfte bewirken innerhalb eines Biegebalkens eine quasi-statische Auslenkung, die wesentlich größer sein kann, als der Elektrodenabstand. Unsere Aktoren kommen so bei höherer Leistungsfähigkeit mit weitaus weniger Energie aus.“
Die Bandbreite möglicher Anwendungen für NED-Aktoren scheint unbegrenzt: So arbeitet das Team um Harald Schenk gegenwärtig an Designs beispielsweise für Positionierantriebe für miniaturisierte optische Zoomlinsensysteme, Mikropumpen, Mikroventile oder kleinste Lautsprecher für Hörgeräte und Hearables. Dabei könnte die Technologie durchaus ihr Potential für eine Volumenfertigung nachweisen. Denn NED-Aktoren werden mit üblichen MEMS-Herstellungsverfahren der Oberflächen- und Volumenmikromechanik gefertigt und können einfach in Halbleiterbauelemente und CMOS-Schaltkreise integriert werden.
Auf der Photonics West, der internationalen Leitmesse und –konferenz für optische Technologien, vom 30. Januar bis 2. Februar 2017 im Moscone Center, San Francisco, präsentiert das Fraunhofer IPMS am Messestand 4324 in der North-Hall erste Funktions-Demonstratoren und Prototypen der NED-Technologie. Besucher der SPIE OPTO-Fachkonferenz sind darüber hinaus eingeladen, am 31. Januar 2017, 13:30 Uhr im eingeladenen Vortrag von Prof. Harald Schenk “A contribution to the expansion of the applicability of electrostatic forces in micro transducers“ mehr zu den Möglichkeiten der neuen Klasse elektrostatischer Biegeaktoren zu erfahren.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme