Fraunhofer FHR

Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR ist seit über 60 Jahren die führende Institution in Deutschland im Bereich Radar und deckt die komplette Wertschöpfungskette ab, von Halbleiter- und Sensordesign über intelligente Erkennungsalgorithmen, neue Radarverfahren und Radarsysteme bis hin zu deren Echtzeitimplementierung. Das Institut forscht dabei schon seit mehreren Jahrzehnten an Radarsystemen im THz-Bereich. Das Fraunhofer FHR konzentriert sich dabei auf Systeme mit elektronisch erzeugten THz-Wellen und arbeitet aktuell an der Entwicklung von Systemen bis 1 THz. Neben klassischen Anwendungsbereichen gewinnen Anwendungen aus den Bereichen Medizintechnik oder industrielle Inlinemesstechnik an Bedeutung. Die Forschung erstreckt sich dabei von der Entwicklung neuer Metamaterialien zur Leistungssteigerung von MRTs über die Überwachung der Vitalparameter in Kliniken, Altenheimen und auf Verbandsplätzen und Systemen zur Überwachung des erdnahen Orbits bis zur Entwicklung von Industriesensoren. Hierdurch konnten in den letzten Jahren zahlreiche innovative Produkte in der Produktions- und Anlagentechnik etabliert werden, von der Dickenmesstechnik in Extruderstraßen, der Breitenmesstechnik in Warmwalzstraßen bis zur Windpark-Überwachung. In Projekten wie T-KOS, HYPATIA oder 6GEM gewinnen multifunktionale Systemkonzepte in den unteren THz-Bändern für verschiedene Anwendungen wie Kommunikation, Sensorik und Lokalisierung, die über ein Hochfrequenzmodul realisiert werden, zunehmend an Bedeutung.

https://www.fhr.fraunhofer.de/

Fraunhofer IMS

Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickelt seit über 30 Jahren Sensorsysteme. Hierbei wird ein Großteil der Wertschöpfungskette von CMOS- und MEMS-basierten Sensortechnologien über KI-basierte Auslese und Auswertung der Sensordaten bis zu kundenspezifischen Sensorsystemen abgedeckt. Drahtlose Auslese von Sensorsystemen ist ein langjähriges Entwicklungsthema des Fraunhofer IMS bis hin zu 6G, wo derzeit die Steigerung der Lokalisierungsgenauigkeit von Endgeräten ein Ziel der 6G Technologieentwicklung ist. Im Rahmen des Vorhabens 6GEM arbeitet das Fraunhofer IMS an der Weiterentwicklung von Lokalisierungsverfahren, die für einen “6G new Radio” zukünftigen Standard verfügbar gemacht werden sollen. Grundlage sind hierfür Verfahren, die passive Tags, also miniaturisierte “Endgeräte” ohne eigene Energieversorgung im Bereich der Millimeterwellen- und im Terahertz-Bereich lokalisieren. Während Verfahren in den bisherigen Standards (5G und darunter) im Bereich einiger Dezimeter liegen, ist hier die angestrebte Auflösung im Bereich Millimeter. In der Signalaufbereitung, Signalvorverarbeitung und Merkmalsextraktion von Sensorsignalen, insbesondere für 3D-Sensoren auf Basis von Flash-LiDAR, entwickelt das Fraunhofer IMS neuartige Verfahren auf Basis von „Machine Learning“-Algorithmen und der Entwicklung von anwendungsspezifischen Schaltungen mit Hardware-Beschleunigern auf Basis von RISC-V Prozessorkernen. Eine MEMS-Technologieentwicklung sind ungekühlte Mikrobolometer, für deren Herstellung das Fraunhofer IMS derzeit die einzige Quelle in Deutschland ist. Das Hauptanwendungsgebiet lag für die Entwicklung zwar bei Wärmebildsensoren im Infrarotbereich, im Rahmen vom SFB/TRR196 MARIE wird diese Technologie jedoch derzeit für die Detektion von THz erweitert. Die Mikrobolometer stellen auch die Fähigkeiten des Fraunhofer IMS dar, mit seinen eigenen CMOS- und MEMS-Reinräumen die ganze Bandbreite von technologischen Entwicklungen bis hin zu Pilotfertigungen abzudecken.

https://www.ims.fraunhofer.de/

Ruhr-Universität Bochum

Die Universität Bochum (RUB) ist eine zentral im Ruhrgebiet liegende Voll-Universität mit über 43.000 Studierenden und hat insbesondere in den Ingenieurwissenschaften durch innovative Forschung in den letzten Jahren zahlreiche Existenzgründungen hervorgebracht. Im Themenbereich rund um terahertz.NRW gibt es seit vielen Jahren eine sehr erfolgreiche Zusammenarbeit innerhalb der Universität, sowie ein etabliertes Netzwerk von Partnern, das durch terahertz.NRW weiter gestärkt werden soll. Zum einen sind im Rahmen des SFB/TRR196 MARIE durch die 10 beteiligten PIs seit 2017 international wegweisende Ergebnisse auf dem Gebiet der THz-Sensorik entstanden. Zum anderen bildet der neu eingeworbene 6G-Forschungshub 6GEM einen wichtigen Rahmen, in dem an wichtigen Enabler-Technologien für den Mobilfunk der sechsten Generation geforscht wird. Diese Arbeiten fokussieren sich auf die wichtigen Neuerungen rund um die Themenbereiche THz-Kommunikation und Joint-Communication-and-Sensing. Bei den durch die RUB erforschten und realisierten Systemen konnten u. a. in den Bereichen äußerst schneller Hochleistungslaser sowie breitbandige, rauscharme Generierung von Millimeterwellen im internationalen Vergleich Bestwerte erzielt werden. Das Forschungsfeld profitiert dabei von der engen Verzahnung zwischen den verschiedenen Forschungsgruppen im (integrierten) Schaltungsentwurf, elektronischer und photonischer Systemrealisierung sowie der hochperformanten Signalverarbeitung in sensorischen und bildgebenden Systemen. Zum Ausbau und zur Stärkung des Terahertz-Forschungsfeldes hat die RUB in der Vergangenheit bereits zahlreiche gezielte Berufungen vorgenommen, wie z. B. in der Elektrotechnik und Informationstechnik mit Prof. Clara Saraceno, die 2016 mit ihrem Sofja Kovalevskaja-Preis der Alexander von Humboldt-Stiftung an die RUB kam und mittlerweile eine W3-Professur innehat. Sie leitet den Lehrstuhl „Photonics and Ultrafast Laser Science” und hat zur Erforschung neuartiger THz-Quellen erfolgreich einen ERC-Starting Grant eingeworben. Prof. Martin Hoffmann wurde auf den Lehrstuhl „Mikrosystemtechnik“ berufen und konnte u. a. durch die erfolgreiche Einwerbung des „Forschungslabors Mikroelektronik Bochum für 2D-Elektronik” die technologischen Voraussetzungen für die Erforschung nichtelektronischer Silizium-basierter THz-Komponenten wie Wellenleiter, Linsen, Resonatoren und Aktuatoren schaffen. Ergänzt wird die Forschung durch zahlreiche Verbundvorhaben im Themenbereich von terahertz.NRW, gefördert durch DFG, Land, Bund und EU.

https://www.ruhr-uni-bochum.de/

Universität Duisburg-Essen

Die 2003 gegründete Universität Duisburg-Essen (UDE) ist mit rund 43.000 Studierenden und über 500 Professor:Innen eine der jüngsten und größten Universitäten Deutschlands, die sich in den letzten Jahren zu einer international anerkannten Forschungsuniversität entwickelt hat. Dies dokumentieren die mittlerweile erreichten Spitzenpositionen in internationalen Rankings. Die am Netzwerk-Antrag beteiligten Fachgebiete der UDE arbeiten bereits seit mehr als fünf Jahren zusammen und können auf zahlreiche gemeinsame Publikationen und gemeinsam eingeworbene und bearbeitete Drittmittel-Großprojekte verweisen. Zu nennen sind hier insbesondere der Sonderforschungsbereich/Transregio 196 MARIE (seit 2017, Sprecher: Prof. T. Kaiser, UDE), das mit Mitteln aus dem Programm NRW.Forschungsinfrastrukturen und dem europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanzierte Terahertz-Integrationszentrum und der kürzlich vom BMBF zur Förderung ausersehene „6G-Forschungs-Hub für offene, effiziente und sichere Mobilfunksysteme (6GEM)“. Mit mehreren Investitionen von NRW, BMBF und DFG ist an der UDE eine umfassende Infrastruktur zur THz-Forschung (Halbleitermaterial, Komponenten, Module und Messtechnik) entstanden, die in den vorliegenden Netzwerkantrag zur Nutzung eingebracht wird. Gefördert durch den SFB/TRR196 MARIE sind in Duisburg international anerkannte Forschungskompetenzen auf den Gebieten der THz-Komponenten (photonisch und elektronisch), der Modellierung von THz-Kanälen und THz-Ausbreitung, der Wechselwirkung von THz-Strahlung mit Oberflächen zur Materialerkennung, der THz-Antennen, der THz-Messtechnik sowie der Strahlformung und Strahlsteuerung entstanden. Die Ergebnisse wurden in internationalen Journals und auf Fachkonferenzen veröffentlicht. Neben der regionalen Vernetzung mit Forschungsinstituten und Industrie in NRW bestehen überregionale Beziehungen der Duisburger Forscher zum Beispiel im BMBF-Mikroelektronik-Netzwerk ForLab, in einem Joint Lab mit dem Leibnizinstitut FBH in Berlin, in bisher drei EU Horizon 2020 MSC Doktoranden-Trainingsnetzwerken, sowie im internationalen Austausch mit Universitäten in USA und Japan. Im vorliegenden Antrag wird die bereits begonnene Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Essen auf dem Gebiet der THz-Technologie gezielt vorangetrieben. Die in den letzten 5 Jahren entstandenen grundlegenden Erkenntnisse und neue Technologien werden konkret auf Fragestellungen in der Medizin angewendet. Hierzu wird das bestehende Terahertz-Netzwerk der UDE um hervorragend ausgewiesene Wissenschaftler:Innen im Universitätsklinikum Essen erweitert.

https://www.uni-due.de/

Bergische Universität Wuppertal

Die Universität Wuppertal (BUW) wurde 1972 im Zuge der NRW-Bildungsinitiative als Gesamthochschule gegründet und 2003 in eine reine Universität umgewandelt. Schwerpunkte der universitären Ausbildung liegen bei Lehramtsstudiengängen, Wirtschaftswissenschaft, bei einer Vielzahl ingenieurtechnischer und naturwissenschaftlicher Studienangebote mit über 23.000 Studierenden. Die BUW betreibt auf unterschiedlichen Feldern internationale Spitzenforschung und bietet in den einzelnen Fächern eine sehr vielseitige Forschungslandschaft. Die BUW trägt durch besonders innovative und im positiven Sinne risikobehaftete Forschungsprojekte zu terahertz.NRW bei. Die Forschung wird an der BUW durch ein interdisziplinäres Zentrum, Center for Smart Materials & Systems (kurz: CM@S), getragen. Das CM@S schlägt eine Brücke von der grundlegenden Materialforschung zur THz-Technologie und Sensorik und hat sich in den letzten zehn Jahren zu einer sichtbaren Stärke der BUW entwickelt. Die relevanten Kompetenzen reichen von Graphen basierten THz-Detektoren über integrierte THz-Schaltungstechnik bis hin zur THz-Nahfeldsensorik für Biomedizinische Anwendungen. Relevante Vorarbeiten sind in Projekten mit besonderer wissenschaftlicher Exzellenz entstanden und wurden durch ein ESF EURYI Award, ein DFG Reinhart Koselleck Projekt sowie einem hochdotierten ERC Advanced Grant ausgezeichnet. Die BUW ist im SFB/TRR196 MARIE beteiligt und koordiniert das DFG SPP2314 Schwerpunktprogramm INTEREST-THz. An der BUW sind international wegweisende und mehrfach ausgezeichnete Ergebnisse auf dem Gebiet der THz-Sensorik entstanden, z. B. in der intraoperativen Tumorrand-Erkennung in Kooperation mit einem französischen Krebsforschungszentrum (Institut Bergonié). Mit THz-Bezug wurden insgesamt an der BUW in den letzten 10 Jahren 28 Projekte mit einem Fördervolumen von 13 Mio € durch die DFG, das Land, den Bund und die EU gefördert.

https://www.uni-wuppertal.de/