Winzige MEMS-Sensoren von Bosch sind in vernetzten Systemen weltweit milliardenfach im Einsatz und verbessern das Leben vieler Menschen. In Smartphones, Wearables oder Anwendungen für das Internet der Dinge liefern sie wichtige Informationen, in Fahrzeugen sorgen sie für Sicherheit und Komfort. Eine Vermessungstour der Superlative mit Bosch-Mitarbeiterin Chen Jie durch die Metropole Shanghai.

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Schnell: Jenseits der Fenster verwischen Farben und Konturen. Bäume fliegen vorbei, Straßenzüge, Hochhäuser. Ein Flugzeug würde jetzt abheben. Der Maglev hingegen schwebt, 300 km/h, 320 km/h. Der Boden der Magnetschwebebahn, die zwischen dem Shanghai Pudong International Airport und Shanghai Downtown verkehrt, vibriert sanft. 350 km/h. „Ich kann die Beschleunigung spüren“, sagt Chen Jie. Messen kann sie sie auch. Ein Blick auf ihre Smartwatch verrät: Beschleunigung 0,85 m/s2. Wenig später erreicht die Bahn 430 km/h. Höchstgeschwindigkeit, 50 Sekunden lang. Chen Jies Augen bewegen sich beim Blick nach draußen schnell hin und her.

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Sauber: Von der 24-Millionen-Metropole Shanghai ist es – für chinesische Verhältnisse – nur ein Katzensprung zum Arbeits- und Wohnort von Chen Jie. Im gut eine Fahrstunde entfernten Suzhou leitet sie das Bosch Sensor-Testcenter. Dort prüfen sie und ihre rund 80 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die Funktion von mikroelektromechanischen Systemen, kurz MEMS. Die MEMS-Sensoren sind zum Teil klein wie ein Stecknadelkopf, verändern aber das tägliche Leben in vielen Bereichen: sei es in Verbindung mit Smartphones, Tablets, Wearables, Anwendungen für das Internet der Dinge oder in Fahrzeugen. Rund eine Million dieser Winzlinge, vor allem Druck- und Inertialsensoren (Beschleunigung und Drehrate) für die Konsumgüterelektronik, durchlaufen täglich die Testanlagen in Suzhou unter strengsten Reinraumbedingungen. Saubere Luft – auch außerhalb des Reinraums – ist nicht nur in Metropolen wie Shanghai ein MEMS-Thema: „Unsere neuesten Sensoren können die Luftqualität messen“, sagt Chen Jie. So kann bei Bedarf – etwa in längeren Meetings – schnell für mehr Frischluft gesorgt werden. Ganz einfach, indem man per Smartphone intelligente Fenster und Jalousien ansteuert und öffnet.

So funktionieren MEMS-Sensoren
(MEMS = micro electro mechanical system)

Vital: Im Herzen Shanghais drängeln sich Mofas, Fahrräder und Autos aneinander vorbei. Der hohe Puls einer Metropole in der Rushhour. Der Puls von Chen Jie beträgt in diesem Moment laut ihrer Smartwatch 92 Schläge pro Minute. 6 414 Schritte hat sie heute bereits zurückgelegt, rund 300 Kilokalorien verbrannt. „Für einen Sieg würde das wohl nicht reichen“, sagt sie augenzwinkernd. Damit meint die Chinesin Platz eins in einer Fitness-Gruppe, die ihre Kollegen aus Suzhou in der App „WeChat“ gegründet haben und in der täglich derjenige mit den meisten Schritten gewinnt. Auf der Zha Pu Road Bridge hält Chen Jie kurz inne. „Viele Hochzeitspaare lassen sich hier fotografieren“, weiß sie. Der Grund ist die spektakuläre Skyline des Stadtteils Pudong im Hintergrund mit Wolkenkratzern wie dem Oriental Pearl Tower, dem Shanghai Tower und dem Shanghai World Financial Center, das wie ein überdimensionierter Flaschenöffner aussieht und die höchste Aussichtsplattform weltweit beherbergt.

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Hoch: Auf dem Weg in Richtung Himmel geht Chen Jie auf Nummer sicher: 26 Grad Celsius, kein Regen, geringe Luftfeuchtigkeit – die aktuellen Messwerte, die ihr Smartphone anzeigt, lassen auf einen ungetrübten Ausblick hoffen. In dunkelblaues Licht getaucht geht es im Besucheraufzug des Shanghai World Financial Center mit zehn Metern pro Sekunde nach oben. Stockwerksgenau hat Chen Jie den Höhenverlauf auf ihrer Smartwatch mitverfolgt. 50, 92, 96, 97, dann der 100. Stock. Hier oben auf 474 Metern bietet der Sky Walk mit gläsernem Fußboden einen atemberaubenden Blick. Entsprechend viele Selfies werden geschossen. „Irgendwo dahinten ist meine alte Universität“, sagt Chen Jie und zeigt gen Norden. International Investment hatte sie dort studiert, eine Karriere in einem der von hier oben so klein wirkenden Banken-Türme von Pudong schien vorgezeichnet. „Gegen Ende des Studiums habe ich aber entschieden, nicht nur mit Geld zu arbeiten“, sagt sie. „Ich wollte einen Job, der mich erfüllt.“ Die MEMS-Technologie helfe vielen Menschen dabei, ihre Lebensqualität zu verbessern. „Und daran habe auch ich selbst einen kleinen Anteil.“ Lächeln. Dann schnell noch ein Selfie.

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Groß: Einen maßgeblichen Anteil am MEMS-Erfolg hat der Bosch-Standort in Reutlingen. Seit 1995 wurden dort knapp sieben Milliarden MEMS gefertigt. Für Suzhou fungiert der süddeutsche Standort als Leitwerk. Der Austausch ist eng. „Zwei- bis dreimal pro Jahr bin ich dort“, erzählt Chen Jie. Sie versuche dann immer, nach der Arbeit noch in die nahegelegene Fashion-Outlet-City von Metzingen zu fahren. Die Shopping-Leidenschaft teilt sie mit vielen Chinesen – und gerade Shanghai bietet dafür grenzenlose Möglichkeiten. Kein Wunder, dass mit der Global Harbor Shopping Mall auch der weltweit größte innerstädtische Einkaufstempel hier zu finden ist: 480 000 Quadratmeter, sechs Etagen. „Hier kann man schon mal den Überblick verlieren“, sagt Chen Jie beim Betreten des luxuriösen Baus. Dann zückt sie ihr Smartphone. Das Display zeigt eine detaillierte Karte der Mall und dank des Zusammenspiels verschiedener MEMS-Sensoren stets ihren aktuellen Aufenthaltsort – Indoor-Navigation ganz ohne GPS. Am Ende ihrer Tour steuert Chen Jie zielsicher einen Pralinenladen an. Schokolade für sie nach einem langen Tag? „Nein, für meinen Sohn Victor.“ Wenn sie ihm etwas Süßes von einer Geschäftsreise mitbringe, freue er sich immer riesig. „Moment!“ Chen Jie nimmt ihr Smartphone und Sekunden später ist Victor in einem Videochat-Fenster zu sehen. Als er seine Mutter mit der Pralinentüte sieht, strahlt der Zehnjährige.

MEMS-Fakten

  • 1,6 Mrd.

    MEMS Sensoren hat Bosch allein in 2015 produziert. Bosch ist damit Pionier und weltweit führender Hersteller von MEMS-Sensoren.

  • MEMS-Sensoren enthalten feinste, mikrometerkleine Strukturen aus Silizium, die sich bei Bewegungen des MEMS-Sensors verschieben. Dabei ändern sich die elektrischen Eigenschaften. Diese lassen sich messen und in einen Datenstrom verwandeln, der je nach Art des Sensors den Nutzer zum Beispiel über Temperatur, Luftfeuchtigkeit und -qualität oder etwa über Beschleunigung und Lage im Raum informiert.

  • 1fm

     

    Die schwingenden Siliziumstrukturen im Inneren eines MEMS-Sensors können bereits Abstandsänderungen im Femtometer-Bereich (~10–15 Meter) messen. Diese mikroskopisch kleine Strecke liegt im Bereich des Durchmessers eines Atomkerns. Um die Größenverhältnisse zu verdeutlichen, zeigt die Abbildung ein menschliches Haar auf solch einer Siliziumstruktur.

  • Immer häufiger werden verschiedene MEMS-Sensoren in einem Gehäuse integriert. Die Anwendungsbereiche des BME680 zum Beispiel sind dadurch vielfältig: Smart Home, Smart Energy, intelligente Transportlösungen, Heizung, Lüftung und Klimatechnik, Altenpflege sowie Sport und Fitness.

  • 75%

    aller von Bosch hergestellten MEMS-Sensoren werden in der Konsumgüterelektronik eingesetzt.

  • 50

    MEMS-Sensoren  werden in einem modernen Auto eingesetzt.

  • Bosch hat mit dem 2,5 x 3,0 x 0,8 Millimeter winzigen BMI160 eine extrem kleine und stromsparende Sensoreinheit entwickelt. Sie misst zum Beispiel die Raumlage von Smartphones. In vollem Betrieb beträgt der typische Stromverbrauch nur noch 950 Mikroampere: weniger als die Hälfte des Marktstandards.

Probieren Sie es aus:
Wenn Ihr Smartphone oder Tablet mit einem MEMS-Lagesensor ausgestattet ist, können Sie die kleine Kugel durch das Labyrinth steuern. Das Spiel funktioniert besser, wenn Sie für die Dauer des Spiels die automatische Bildschirmdrehung deaktivieren.

MEMS –
spielend einfach