ADOPT - Adaptive THz Optik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Ament; Professorin Dr.-Ing. Tamara Bechtold; Professor Dr.-Ing. Martin Hoffmann; Professorin Dr.-Ing. Ulrike Wallrabe
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424616052

Die Strahlsteuerung im THz-Bereich findet im Hinblick auf Kommunikation (6G), Sensorik oder Bildgebung zunehmend Beachtung. Zwar wurden in jüngster Zeit verschiedene Sende- oder Reflektorarrays für diese Zwecke entwickelt, doch ist ihre Effizienz im Vergleich zu einfachen Metallreflektoren noch begrenzt. Eine kombinierte Strahlsteuerung und Fokussierung erfordert ein Multi-Aktor-System, das sowohl eine rotatorische als auch eine lineare Verschiebung von Spiegeln in großen Arbeitsbereichen ermöglicht. Multistabile kooperative Aktuatorsysteme erfüllen grundsätzlich diese Anforderungen. Ein prominentes Beispiel ist der Hauptspiegel des James-Webb-Weltraumteleskops, der sechseckige Spiegelelemente mittels Aktoren individuell ausrichtet. In diesem Projekt befassen wir uns daher mit der Kombination von kooperativen, multistabilen Linear- und Rotationsaktoren für die Adaptive Optik für THz - ADOPT. ADOPT baut auf unserem vorangegangenen Projekt Kick und Catch auf, in dem wir eine bistabile Bewegung einer frei beweglichen Masse aus der Ebene heraus und einen quasi kontinuierlichen Kippwinkel von Kugeln erforscht haben. In ADOPT sollen nun die nächsten Schritte erfolgen: Wir werden die Mechanismen von Kick und Catch in ein System mit mehreren stabilen Positionen integrieren. Die einzelnen Elemente werden in einem Array angeordnet, um das finale System, einen adaptiven THz-Spiegel, zu demonstrieren. Jedes Spiegelelement besteht aus einem Kolben, der durch eine impulsartige Beschleunigung aus seiner Ausgangsposition und ein anschließendes Fangen in der gewünschten Schwebeposition mehrere vertikale Ruhepositionen erreichen kann. Am oberen Ende des Kolbens wird eine Kugelkappe mit einem aufgesetzten hexagonalen Spiegel durch viele kleine Folgeimpulse gedreht. Sieben dieser Elemente werden dann zu einem Modul angeordnet, welches die Basis für größere Systeme bestehend aus mehreren Modulen legt. Dies ermöglicht eine synchrone Umlenkung und Refokussierung durch Anpassung der Krümmung. Aufgrund der großen Wellenlänge der THz-Strahlung gibt es nur geringe Anforderungen an die Abbildung, wichtig sind ein großes Sichtfeld und die relative Ablenkung der einzelnen Spiegel. Das System bietet ein Zusammenspiel aus einem linearen System mit piezoelektrischem Kicken und magnetischem Fange und einem elektrostatischen Kippsystem. Der Aufbau wird stark miniaturisiert sein, er umfasst Mikroaktoren, Multistabilität, interne Sensorik und Steuerung. Vier Forschungsgruppen vereinen ihre Expertise, um die Herausforderungen der kooperativen Antriebskonzepte von ADOPT in Angriff zu nehmen. Zwei Partner, Ulrike Wallrabe und Martin Hoffmann, beschäftigen sich seit langem mit Mikroaktoren. Tamara Bechtold ist Expertin für numerische multiphysikalische Modellierung und Simulation auf Komponenten- und Systemebene. Christoph Ament schließlich ist Experte für Regelungstheorie mit dem Schwerpunkt Nanopositionierung.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2206: Kooperative mehrstufige multistabile Mikroaktorsysteme (KOMMMA)