- Nitride Global entwickelt einen zentimetergroßen Quantensensor, um Navigationsprobleme ohne GPS-Empfang zu lösen.
- Das Projekt wird die Machbarkeit von Mikrowellen-Atomchip-Quantensensoren bewerten und wird durch einen Vertrag der US-Luftwaffe unterstützt.
- Die A-MAC-Architektur zielt darauf ab, Mikrowellenverbindungen auf einer einzigen Leiterplatte zu integrieren und die Miniaturisierung zu verbessern.
- Die Technologie kann in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden, darunter Überschallflugzeuge, Drohnen und autonome Fahrzeuge.
Nitride Global, ein US-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Wärmemanagement-, Dielektrika- und Halbleitermaterialien spezialisiert hat, wird einen zentimetergroßen Quantensensor erforschen, der Navigation dort ermöglichen soll, wo kein GPS-Signal verfügbar ist. Das Unternehmen gab am 14. September bekannt, dass es einen Phase-I-Vertrag des AFWERX-Programms für Small Business Innovation Research des US-Verteidigungsministeriums erhalten hat. Im Rahmen des Projekts soll die Machbarkeit von Mikrowellen-Atomchip-Quantensensoren für präzise Navigation und Fernfeld-Gravimetrie bewertet werden. Das als Atomic Interferometric Microwave Atom Chip (A-MAC) bezeichnete Gerät wird unter Verwendung der AlON-Plattform von Nitride Global evaluiert.
Navigation ohne Satellitensignal
Antwort auf die Herausforderung ohne GPS
Das Projekt richtet sich an die Herausforderungen, denen sich die Luftwaffe und Weltraumwächter in Umgebungen stellen müssen, in denen GPS-Signale gestört, verfälscht oder vollständig unzugänglich sein können. Herkömmliche Trägheitsnavigationssysteme akkumulieren im Laufe der Zeit Fehler, und ohne regelmäßige Satelliten-Updates nimmt die Positionsunsicherheit zu, was die Dauer und Reichweite des autonomen Betriebs einer Plattform begrenzt. Atominterferometer bieten eine potenzielle Alternative, da sie Beschleunigung und Rotation auf Grundlage der Wellenlänge von Materiewellen messen können. Laut Nitride Global gehören diese Systeme zu den stabilsten bislang demonstrierten Trägheitssensoren.
Die meisten führenden Systeme benötigen jedoch weiterhin mehr als einen Meter Laborbankfläche. Nach Angaben des Unternehmens liegt das Haupthindernis für die Miniaturisierung nicht in der zugrunde liegenden Physik, sondern in den Verpackungsmaterialien.
Mikrowellen-Hardware auf einer einzigen Leiterplatte integrieren
Integration der Mikrowellen-Hardware
Die A-MAC-Architektur von Nitride Global zielt darauf ab, verteilte Mikrowellenverbindungen auf einer einzigen integrierten Leiterplatte zusammenzuführen. Ihre dünnen, krümmungskonformen AlON-Dielektrika ermöglichen es, Mikrowellenführung, Kopplungsstrukturen und Einfanggeometrien im selben Stapel unterzubringen. Die Wärme wird über Metalle nach außen abgeführt, statt durch große Keramiksubstrate. Ziel ist eine zentimetergroße Architektur, die für Plattformen mit strengen Vorgaben bei Größe, Gewicht und Leistung geeignet ist. Nitride Global wird dabei mit Dr. Seth Aubin, außerordentlicher Professor für Physik am College of William & Mary, zusammenarbeiten.
Aubins Atomphysikgruppe wird als Unterauftragnehmer und Forschungspartner eingebunden und bringt mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung in der Mikrowellen-Atomchip-Einfangtechnik und der damit verbundenen Einfangphysik mit.
Vom Labor in umkämpfte Einsatzumgebungen
Potenzielle Anwendungen und kommerzieller Nutzen
Die Technologie könnte letztlich satellitenunabhängige Ortung, Navigation und Zeitsynchronisation für Hyperschallflugzeuge, Drohnen, Orbitalsysteme, Unterwasserplattformen, autonome Bodenfahrzeuge und Drohnenabwehrsysteme ermöglichen. Kommerzielle Anwendungen könnten Rohstofferkundung, Infrastrukturüberwachung und Untergrundkartierung umfassen. „Quanten-Trägheitssensoren stoßen aus demselben Grund an Grenzen wie die Leistungselektronik vor zehn Jahren: Die Einschränkung liegt in der Verpackung, nicht in der Physik. Wenn Mikrowellenführung und Wärmemanagement im selben Materialsystem erfolgen können, lassen sich Instrumente so weit miniaturisieren, dass sie flugfähig sind“, erklärte Mahyar Khosravi, CEO von Nitride Global.
Das Unternehmen holt derzeit Input von Integratoren aus Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung ein, um Formfaktor, Umweltanforderungen und Leistungsschwellen des Sensors zu definieren.
Zukunftspotenzial der Quantensensortechnologie
Angesichts der weltweit wachsenden Nachfrage nach hochpräziser Navigation zeigt die Quantensensortechnologie von Nitride Global erhebliches Potenzial. Die Technologie kann nicht nur in Umgebungen mit eingeschränktem GPS-Empfang zuverlässige Navigationslösungen bieten, sondern auch in zahlreichen Hightech-Bereichen wie Drohnen und Hyperschallflugzeugen eingesetzt werden. Dieser miniaturisierte Quantensensor könnte die Grenzen herkömmlicher Trägheitsnavigationssysteme überwinden und Innovationen in Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung vorantreiben. Durch die Zusammenarbeit mit der Wissenschaft kann das Unternehmen die Kommerzialisierung der Technologie beschleunigen und seine Wettbewerbsfähigkeit weiter stärken.