높은 모습을 보여주는 프라운호퍼

다양한 응용 분야에서 센서에 대한 수요가 높기 때문에 기능 및 성능 프로필에 대한 요구 사항도 매우 다릅니다. 결과적으로 Fraunhofer IPMS 연구 작업의 핵심 목표는 맞춤형 및 응용 분야별 센서와 센서 시스템을 개발하는 것입니다. 이를 통해 기존 제품이 확장되고 혁신적인 기술, 구성 요소 및 시스템을 사용하여 새로운 응용 프로그램이 가능해집니다. 이는 표준 센서에 비해 더 높은 정밀도, 더 작은 크기, 더 나은 에너지 효율성 및 추가 기능이 특징입니다. 서비스 범위는 개념화 및 프로토타입 개발부터 연구소 자체 실험실 및 클린룸에서의 시험 생산까지, 구성 요소부터 전체 시스템까지 확장됩니다. 인공지능(AI 소프트웨어)을 결합하면 완전한 "지능형" 시스템 개발도 가능해집니다.

2023년 5월 뉘른베르크에서 열린 SENSOR+TEST 무역 박람회에서 선보인 Fraunhofer IPMS의 광학, 화학 및 초음파 센서 기술의 최신 개발 내용은 다음과 같습니다.

위 이미지: Fraunhofer IPMS의 초음파 센서. 저작권: © Fraunhofer IPMS.

Fraunhofer IPMS는 혁신적인 소형 및 초소형 근적외선(NIR) 스펙트럼 분석 시스템을 제공합니다. 또한, 연구소에서는 스펙트럼 분석을 사용하여 직물의 구성을 감지하는 시연 장치를 처음으로 선보였습니다. 적용 분야는 전체 가치 사슬을 따라 수많은 가능성을 열어줍니다. 이로써 구매자는 구매시 자재를 확인할 수 있습니다. 관리 영역에서는 먼지 입자를 분석하여 청소의 필요성을 식별할 수 있으며, 색상과 재질을 기준으로 적합한 세탁 프로그램을 결정할 수 있습니다. 특히 Ambient Assisted Living의 맥락에서 다양한 응용 분야가 가능합니다. 이 시스템은 직물 재활용과 관련하여 색상과 소재에 따라 직물을 분류하는 데에도 사용될 수 있습니다.

Fraunhofer IPMS 스펙트럼 분석 시스템의 다른 적용 분야로는 식품의 신선도 테스트, 재활용 중 플라스틱 물체 분류, 의약품 원료의 유형 및 농도 결정 등이 있습니다. 시스템은 설계 과정에서 다양한 스펙트럼 범위에 유연하게 적용될 수 있습니다.

"단일 지점" 근적외선 분광법과 간단한 RGB 이미징의 결합으로 최대한의 정보 판별이 가능하며 AI 소프트웨어를 갖춘 지능형 시스템과의 연결이 가능합니다. 지속적인 시스템 개발이 계획되어 있습니다. 이러한 맥락에서 곰팡이 및 박테리아와 같은 오염 물질을 눈에 띄게 만들기 위해 UV 범위의 더 넓은 스펙트럼 범위가 목표입니다.

화학 센서 분야에서 Fraunhofer IPMS의 과학자들은 금, 은 또는 백금으로 만들어진 미세 전극을 사용하여 최소한의 분석량으로 수많은 전기화학 분석 절차를 가능하게 하는 전기화학 분석 칩을 선보입니다. 응용 분야로는 유기 반도체의 재료 개발이나 오프라인 반응 제어, 체액의 전기화학적 분석 등이 있습니다.

작동 전극(WE), 상대 전극(CE) 및 기준 전극(RE)이 포함된 전기화학 분석 칩의 현미경 이미지. 칩의 크기는 5×5 mm²입니다. 저작권: 프라운호퍼 IPMS.

수용액의 이온, 이온 전도도 및 온도를 감지하기 위해 ISFET(이온 감지 전계 효과 트랜지스터) 기반 센서와 연결 가능한 통합 기술을 개발합니다. 이를 통해 예를 들어 기존 기준 전극 없이 pH 측정이 가능하며, 이는 전도도 및 온도 센서가 포함된 칩에서 실현될 수 있습니다. 칩은 건조한 상태로 보관할 수 있으며 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 환경에 통합될 수 있습니다. 센서 레이어를 수정하면 특정 이온이나 분자에 대한 감도를 조정할 수도 있습니다.