Forscher sind oft auch Elektronik-Selbstbastler
SEI-Tagung 2025 in Dresden zeigt Trends in Wissenschaftselektronik: Quelloffen, robust und automatisiert
Dresden, 10. November 2025. Quelloffene Design-Software, modulare und chip-basierte Entwürfe sowie besonders präzise und robuste Konzepte spielen in der Elektronik- und Leiterplatten-Entwicklung für den wissenschaftlichen Einsatz eine wachsende Rolle. Dabei kommen immer öfter Systeme auf der Basis von „Field-Programmable Gate Arrays“ (FPGA) zum Einsatz. Das hat sich während einer Tagung der „Studiengruppe „Elektronische Instrumentierung der Helmholtz-Zentren“ (SEI) in Dresden herauskristallisiert.
„Die moderne Forschungslandschaft stellt hohe Anforderungen an Messsysteme – sie müssen präzise flexibel und weitgehend automatisiert arbeiten, um komplexe Versuchsreihen effizient zu unterstützen.“
Jonas Gorgis vom Projekt „Helmholtz Accelerator Mass Spectrometer Tracing Environmental Radionuclides“ (Hamster)
Opensource-Entwurfsprogramme werden erwachsen
So spielen Open-Source-Entwicklungswerkzeuge im wissenschaftlichen Alltag eine wachsende Rolle. Ein Beispiel dafür ist der Aufstieg „KiCad“. Dieser Elektronik-Designbaukasten sei mittlerweile „erwachsen und produktionstauglich“, schätzte Carsten Presser von der RWTH Aachen ein. Die hohen Kosten kommerzieller Software, weniger Abhängigkeit von privaten Anbietern sowie bessere „Archivierbarkeit, Versionskontrolle und Barrierefreiheit“ seien gute Gründe für den Wechsel zu „KiCad“.
Opensource birgt aber auch neue Herausforderungen
Allerdings berge der verstärkte Einsatz quelloffener Lösungen auch neue Herausforderungen. Denn dabei entstehen umfangreiche Informations-, Offenlegungs- und Lizenzierungspflichten, warnt Carsten Emde vom „Open Source Automation Development Lab“. „Diese Anforderungen werden manchmal erst erkannt, wenn es zu spät ist –zum Beispiel, wenn an einer Universität entwickelte Software in einem Spin-off kommerziell genutzt werden soll.“
Spezialelektronik muss bis auf Milli-Kelvin genau messen – auch im Vakuum und bei Strahlung
Als weiteren Trend skizzierten die SEI-Referenten hochintegrierte und fehlertolerante Systeme bauen, die auch im Weltraum und unter den teils extremen Bedingungen in Laboren und Großforschungsanlagen besonders genaue Messergebnisse liefern. „Für zahlreiche wissenschaftliche Anwendungen ist eine hochpräzise Temperaturmessung im Millikelvin-Bereich unerlässlich, insbesondere unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen“, berichtete beispielsweise Denis Fröhlich vom Forschungszentrum Jülich (FZJ). „Messsysteme müssen über einen weiten Temperaturbereich stabile und reproduzierbare Ergebnisse liefern und dabei zuverlässig unter niedrigem Atmosphärendruck bis hin zum Vakuum arbeiten.“
Ein Beispiel sei das Fernerkundungssystem „Gloria Lite“, das an einem an einem Stratosphärenballon in Höhen von bis zu 40 Kilometern Infrarotstrahlung in der Erdatmosphäre misst und dort Spurengaskonzentrationen analysiert. Um das Bordspektrometer genau zu kalibrieren, integrierten die Forscher einen Schwarzkörperstrahler mit einem rauscharmen und temperaturdriftkompensierten Messelektroniksystem, das auf Platin-Temperatursensoren basiert.
Risikosimulationen helfen auf dem Weg zum fehlertoleranten Design
Ebenfalls ein Anwendungsszenario für besonders robuste und präzise Messelektronik präsentierte FZJ-Forscher Tom Neubert: Bildsensoren an Bord von Nanosatelliten sind teils starker ionisierender Strahlung ausgesetzt. Hochintegrierte System-on-Module-Architekturen (SoM) können hier helfen, bei niedrigem Energie- und Materialeinsatz dennoch zu hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu gelangen. „Um ein fehlertolerantes Design zu erreichen, haben wir die Strahlungsumgebung modelliert und die Gefahren auf Modulebene bewertet, um die Risiken durch geeignete Gegenmaßnahmen auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren“, erklärte Neubert.
Hochautomatisierte Qualitätssicherung notwendig
Ein weiterer Faktor für die wissenschaftliche Elektronikfertigung: Maßgeschneiderte Messelektronik besteht hier häufig aus Unikaten oder wird in Kleinstserien hergestellt. Doch oft müssen bei komplexen Forschungsinstallationen vieler solcher Einzelanfertigungen kooperieren und besonders genaue Daten liefern. Dies lässt sich oft nur mit das hochgradig automatisierten Qualitätssicherungsprozessen schaffen, betonte Julia Müller vom „Servicezentrum Elektronik“ am Deutschen Elektronen-Synchrotron „Desy“ und Hendrik Kraus vom Karlsruhe Institut für Technologie. Damit sei es gelungen, die Inbetriebnahmezeit von ursprünglich Wochen auf nur zehn Minuten zu reduzieren, um eine effiziente „End-of-Line-Prüfung“ während der geplanten Produktion von 721 Boards zu ermöglichen.
Gastgeber für die SEI-Tagung 2025 war das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), das selbst eine umfangreiche Leiterplattenentwicklung und -produktion für wissenschaftliche Anwendungen betreibt. Als Organisatoren agierten Peter Göttlicher vom Desy sowie Peter Kaever und Mandy Dathe vom HZDR.
Weitere Informationen zur Tagung gibt es hier im Netz.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: HZDR, SEI, Wikipedia
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