Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

In this paper the development, the fabrication and the experimental characterisation of a novel electrodynamic-driven micro-actuator for in plane motions and a novel vertical field effect transistor (vertical FET) is presented. The micro-actuator for motion is based on the Lorentz force generated by a current in a magnetic field. The Lorentz force acting on the actuator can be controlled easily by the amplitude of the current. The vertical FET can be used for signal conversion from the mechanical to the electrical domain.  This low impedance sensing technique was realized by introducing a source and drain region in opposite of a movable mass which acts as the gate.  The channel resistance between drain and source is influenced by the movable mass working as a sensing unit.  Theoretical calculations and practical experiments of the structure are performed. Mechanical and electrical effects over a temperature range of  -40 °C to 180 °C  are investigated. / In dieser Arbeit wird ein neues Aktorarray zur Objektmanipulation und ein neues Verfahren zur Detektion mechanischer Bewegung in Komponenten der oberflächennahen Bulk-Mikromechanik vorgestellt. Die Aktorstrukturen werden mit Hilfe der SCREAM-Technologie hergestellt und arbeiten nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip. Bei dem Verfahren zur Bewegungsdetektion wird der aus der Mikroelektronik bekannte Feldeffekt mit mikromechanischen Strukturen gekoppelt. Die Arbeit konzentriert sich auf den Aufbau, die Wirkungsweise und die Technologie der Aktor- und Sensorstrukturen. Diese werden jeweils separat dargestellt und analysiert. Am Ende wird eine Kombination beider Komponenten vorgestellt.

In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Klasse von implantierbaren biochemischen Sensoren bezüglich ihrer Sensitivität im physiologisch relevanten pH- (pH 7,4) sowie Glukose-Konzentrationsbereich (2 - 20 mM) entwickelt und untersucht. Die Glukose-sensitiven Hydrogele basieren auf der Bindung von 5-fach-Zuckern an Boronsäuregruppen, die in einem Acrylamid-basierten Hydrogel mit N,N′-Methylenbisacrylamid (BIS) als Vernetzter (AAm/APB/BIS, 80/20/0,75 mol%) verankert sind. Weiterhin konnten pH-sensitive Hydrogele auf Basis von 2-(Dimethylamino)ethyl Methacrylate (DMAEMA), Hydroxypropyl-methacrylat (HPMA) sowie Tetraethyleneglycol dimethacrylate (TEGDMA) als Vernetzter in unterschiedlichen Zusammensetzungen und Geometrien untersucht werden. Die verwendeten Hydrogele wurden hinsichtlich der Diffusionsprozesse sowie ihrer Quellkinetik charakterisiert, um deren Sensitivität, Selektivität, Reproduzierbarkeit und Ansprechzeit gegenüber den physiologischen Parametern (pH, pCO2, Glukose) zu verbessern. Die aufgebauten pCO2-Sensoren zeigten vielversprechende Ansprechzeiten von wenigen Minuten. Die Glukose und pH-Sensoren wiesen im physiologischen Medium (PBS) deutlich höhere Ansprechzeiten von mehreren Stunden auf. Die Kombination von piezoresistiven Drucksensoren mit Stimuli-sensitiven Hydrogelen bietet nicht nur eine große Vielfalt bezüglich der zu detektierenden Analyten, sondern ermöglicht auch miniaturisierte und implantierbare Sensoren für die kontinuierliche Erfassung von physiologischen Parametern. So war die Verkapselung zum Schutz und zugleich zur Gewährleistung der Biokompatibilität und ohne Beeinträchtigung der Funktionalität und Flexibilität der elektronischen Bauteile das Ziel. Dazu wurden die Sensoren mit dem Polymer Parylene C eingehaust, dass zusätzlich eine Polyethylenglykolschicht enthielt. Hierfür wurden Blockcopolymere mittels Ringöffnungspolymerisation synthetisiert, die Polyaminosäuren als Linkermoleküle und PEG zur gezielten Funktionalisierung enthalten. Nach kovalenter Anbindung an die inerte Parylene C-Oberfläche zeigten sich deutlich veränderte Oberflächeneigenschaften und eine verbesserte Zellkompatibilität und Hämokompatibilität. Zudem wurde der sogenannte Tarnkappeneffekt von PEG-Ketten, die sich in der Schicht nach außen ausrichten, festgestellt. Damit wurde Adsorption von Proteinen (Fibronektin, Fibrinogen), die in Entzündungsreaktionen, der Zelladhäsion sowie der Blutgerinnung maßgebend sind, deutlich verringert. / In this work a new class of implantable biochemical sensors with a high sensitivity at physiological pH (pH 7,4) and glucose (2 – 20 mM) ranges were developed and tested. The glucose sensitive hydrogel was made of acrylamide and N,N′-methylene-bis(acrylamide) as a crosslinker (AAm/APB/BIS, 80/20/0,75 mol%). The swelling mechanism was based on the reversible interaction of sugar molecules and the boronic acid groups in the hydrogel. Also a pH sensitive hydrogel made of 2-(dimethylamino) ethyl methacrylate (DMAEMA), hydroxypropyl-methacrylat (HPMA) and the crosslinker tetraethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) with different molar ratios and geometries was characterized. The swelling kinetics as well as the diffusion processes of different hydrogels were studied to advance sensitivity, selectivity, reproducibility and response time with respect to physiological parameters (pH, pCO2, glucose). pCO2 sensors showed promising short response times of about 4 min whereas glucose and pH sensors displayed longer response times of several hours in phosphate-buffered saline solution. The combination of piezoresistive pressure sensors and stimuli-sensitive hydrogels enables a great diversity of detecting analytes as well as miniaturized and implantable sensors for continuous measuring of physiological parameters. However, to implant the sensors an encapsulation strategy is needed that secures the electronics as well as ensures the biocompatibility without loss of functionality and flexibility. For this, the devices were coated with the polymer parylene C and an additional layer of blockcopolymers composed of polyaminoacid (PAA) and polyethyleneglycol (PEG) blocks synthesized via ring-opening polymerization. The functionalization units are carried out by the PEG blocks whereas the PAA blocks perform as linker molecules onto the activated parylene C surface. After covalent coupling of blockcopolymers to the inert polymer the surface characteristics changed and hence the cell and blood compatibility was improved. Furthermore the stealth effect of the outwards PEG chains was utilized to reduce the adsorption of proteins like fibronectin or fibrinogen. These proteins play a major role in inflammatory processes, cell adhesion and blood coagulation. The results gave proof that the encapsulation leads to decisively reduced physiological reactions.

In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Klasse von implantierbaren biochemischen Sensoren bezüglich ihrer Sensitivität im physiologisch relevanten pH- (pH 7,4) sowie Glukose-Konzentrationsbereich (2 - 20 mM) entwickelt und untersucht. Die Glukose-sensitiven Hydrogele basieren auf der Bindung von 5-fach-Zuckern an Boronsäuregruppen, die in einem Acrylamid-basierten Hydrogel mit N,N′-Methylenbisacrylamid (BIS) als Vernetzter (AAm/APB/BIS, 80/20/0,75 mol%) verankert sind. Weiterhin konnten pH-sensitive Hydrogele auf Basis von 2-(Dimethylamino)ethyl Methacrylate (DMAEMA), Hydroxypropyl-methacrylat (HPMA) sowie Tetraethyleneglycol dimethacrylate (TEGDMA) als Vernetzter in unterschiedlichen Zusammensetzungen und Geometrien untersucht werden. Die verwendeten Hydrogele wurden hinsichtlich der Diffusionsprozesse sowie ihrer Quellkinetik charakterisiert, um deren Sensitivität, Selektivität, Reproduzierbarkeit und Ansprechzeit gegenüber den physiologischen Parametern (pH, pCO2, Glukose) zu verbessern. Die aufgebauten pCO2-Sensoren zeigten vielversprechende Ansprechzeiten von wenigen Minuten. Die Glukose und pH-Sensoren wiesen im physiologischen Medium (PBS) deutlich höhere Ansprechzeiten von mehreren Stunden auf. Die Kombination von piezoresistiven Drucksensoren mit Stimuli-sensitiven Hydrogelen bietet nicht nur eine große Vielfalt bezüglich der zu detektierenden Analyten, sondern ermöglicht auch miniaturisierte und implantierbare Sensoren für die kontinuierliche Erfassung von physiologischen Parametern. So war die Verkapselung zum Schutz und zugleich zur Gewährleistung der Biokompatibilität und ohne Beeinträchtigung der Funktionalität und Flexibilität der elektronischen Bauteile das Ziel. Dazu wurden die Sensoren mit dem Polymer Parylene C eingehaust, dass zusätzlich eine Polyethylenglykolschicht enthielt. Hierfür wurden Blockcopolymere mittels Ringöffnungspolymerisation synthetisiert, die Polyaminosäuren als Linkermoleküle und PEG zur gezielten Funktionalisierung enthalten. Nach kovalenter Anbindung an die inerte Parylene C-Oberfläche zeigten sich deutlich veränderte Oberflächeneigenschaften und eine verbesserte Zellkompatibilität und Hämokompatibilität. Zudem wurde der sogenannte Tarnkappeneffekt von PEG-Ketten, die sich in der Schicht nach außen ausrichten, festgestellt. Damit wurde Adsorption von Proteinen (Fibronektin, Fibrinogen), die in Entzündungsreaktionen, der Zelladhäsion sowie der Blutgerinnung maßgebend sind, deutlich verringert. / In this work a new class of implantable biochemical sensors with a high sensitivity at physiological pH (pH 7,4) and glucose (2 – 20 mM) ranges were developed and tested. The glucose sensitive hydrogel was made of acrylamide and N,N′-methylene-bis(acrylamide) as a crosslinker (AAm/APB/BIS, 80/20/0,75 mol%). The swelling mechanism was based on the reversible interaction of sugar molecules and the boronic acid groups in the hydrogel. Also a pH sensitive hydrogel made of 2-(dimethylamino) ethyl methacrylate (DMAEMA), hydroxypropyl-methacrylat (HPMA) and the crosslinker tetraethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) with different molar ratios and geometries was characterized. The swelling kinetics as well as the diffusion processes of different hydrogels were studied to advance sensitivity, selectivity, reproducibility and response time with respect to physiological parameters (pH, pCO2, glucose). pCO2 sensors showed promising short response times of about 4 min whereas glucose and pH sensors displayed longer response times of several hours in phosphate-buffered saline solution. The combination of piezoresistive pressure sensors and stimuli-sensitive hydrogels enables a great diversity of detecting analytes as well as miniaturized and implantable sensors for continuous measuring of physiological parameters. However, to implant the sensors an encapsulation strategy is needed that secures the electronics as well as ensures the biocompatibility without loss of functionality and flexibility. For this, the devices were coated with the polymer parylene C and an additional layer of blockcopolymers composed of polyaminoacid (PAA) and polyethyleneglycol (PEG) blocks synthesized via ring-opening polymerization. The functionalization units are carried out by the PEG blocks whereas the PAA blocks perform as linker molecules onto the activated parylene C surface. After covalent coupling of blockcopolymers to the inert polymer the surface characteristics changed and hence the cell and blood compatibility was improved. Furthermore the stealth effect of the outwards PEG chains was utilized to reduce the adsorption of proteins like fibronectin or fibrinogen. These proteins play a major role in inflammatory processes, cell adhesion and blood coagulation. The results gave proof that the encapsulation leads to decisively reduced physiological reactions.

Ein an geregelte Tagesablaeufe angepasstes Leben erhoeht nicht nur das allgemeine Wohlbefinden, sondern wirkt proaktiv auf Gesundheit und Stresslevel. Feste Rhythmen in Aktivitaeten im Tagesverlauf bieten Menschen Sicherheit, Struktur und Orientierung im Alltag. Eine wiederholte oder permanente Missachtung dieser Rhythmen kann zu Schlafproblemen bis hin zu chronischer Depression fuehren. Personen, die ihren festen Rhythmen nachkommen, sind hingegen weniger von diesen Krankheiten betroffen. Um diese Folgen praeventiv zu vermeiden oder zu loesen, kann der eigene Tagesablauf manuell erfasst und ausgewertet werden. Dieser aufwendige Prozess erfolgt bislang nur mit wenig, automatisierter Assistenz und kann durch computergestuetzte Verfahren erleichtert werden. Dabei ist sowohl ein lueckenloser Datensatz an Aktivitaeten, als auch das Vorhandensein von moeglichst heterogener Sensorik von Bedeutung. Durch eine entsprechende automatisierte Erkennung von Tagesrhythmen kann der Tagesablauf assistiert komplettiert werden und die heterogene Sensorik macht Abweichungen in den Routinen des Nutzers deutlich. Diese Informationen werden dann zur aktiven Lebensunterstuetzung genutzt, indem Metriken aus diesen abgeleitet oder Anomalien erkannt werden. Einen moeglichen Loesungsansatz zur automatisierten Assistenz bieten dafuer sogenannte Human Activity Recognizer Algorithms (HARA) aus dem Bereich Ambient Assisted Living (AAL). Das Ziel dieser HARA ist es, auf Basis sensorischer Werte und individuellen Vergleichsmustern die aktuelle Aktivitaet eines Nutzers zu erkennen. Da diese Systeme haeufig im Bereich pflegebeduerftiger Personen eingesetzt werden, ist die Auswahl der erkannten Aktivitaeten jedoch sehr eingeschraenkt und bezieht sich im Regelfall auf nicht-erweiterbare, innerhaeusliche Aktivitaeten aus der Pflege. Darueber hinaus erfolgt bei diesen Systemen eine Auswertung unter der Voraussetzung, dass sich einzelne Tage in ihrem Ablauf nur wenig unterscheiden, was in anderen Anwendungsdomaenen zu Problemen fuehrt. Um zu einer weitergehenden Erfassung des Tagesablaufs zu kommen, muss neben der Auswertung sensorischer Werte auch weiteres Wissen einbezogen werden. Externe Wissensquellen maschinenauswertbar zu formalisieren, kombinieren und bestmoeglich auszuwerten, stellt eine Herausforderung dieser Arbeit dar, denn heterogene Datenquellen, unvollstaendige oder informationslose Daten erschweren dem HARA die Auswertung. Dazu muessen Methoden des maschinellen Lernens, semantischer Modellierung und Analyse untersucht und weiterentwickelt werden.

In the western hemisphere, the piano is one of the most important instruments. While its evolution lasted for more than three centuries, and the most important physical aspects have already been investigated, some parts in the characterization of the piano remain not well understood. Considering the pivotal piano soundboard, the effect of ribs mounted on the board exerted on the sound radiation and propagation in particular, is mostly neglected in the literature. The present investigation deals exactly with the sound wave propagation effects that emerge in the presence of an array of equally-distant mounted ribs at a soundboard. Solid-state theory proposes particular eigenmodes and -frequencies for such arrangements, which are comparable to single units in a crystal. Following this 'linear chain model' (LCM), differences in the frequency spectrum are observable as a distinct band structure. Also, the amplitudes of the modes are changed, due to differences of the damping factor. These scattering effects were not only investigated for a well-understood conceptional rectangular soundboard (multichord), but also for a genuine piano resonance board manufactured by the piano maker company 'C. Bechstein Pianofortefabrik'. To obtain the possibility to distinguish between the characterizing spectra both with and without mounted ribs, the typical assembly plan for the Bechstein instrument was specially customized. Spectral similarities and differences between both boards are found in terms of damping and tone. Furthermore, specially prepared minimal-invasive piezoelectric polymer sensors made from polyvinylidene fluoride (PVDF) were used to record solid-state vibrations of the investigated system. The essential calibration and characterization of these polymer sensors was performed by determining the electromechanical conversion, which is represented by the piezoelectric coefficient. Therefore, the robust 'sinusoidally varying external force' method was applied, where a dynamic force perpendicular to the sensor's surface, generates movable charge carriers. Crucial parameters were monitored, with the frequency response function as the most important one for acousticians. Along with conventional condenser microphones, the sound was measured as solid-state vibration as well as airborne wave. On this basis, statements can be made about emergence, propagation, and also the overall radiation of the generated modes of the vibrating system. Ultimately, these results acoustically characterize the entire system. / Betrachtet man den westlichen Kulturkreis, ist der Flügel bzw. das Klavier wohl eines der bedeutendsten Instrumente. Trotz einer stetigen, empirischen Weiterentwicklung dieses Instrumentes in den letzten drei Jahrhunderten und des Wissens um die wichtigsten physikalischen Effekte, sind viele Teile der Charakterisierung des Klaviers (sowohl akustisch als auch physikalisch) immer noch nicht vollständig verstanden. Nehmen wir nur den Resonanzboden - das entscheidende Bauteil für die Akustik eines Klaviers - und betrachten die Auswirkung, den die Berippung auf die Schallausbreitung des Instruments hat. Bis auf wenige Ausnahmen wird dieser Struktur-Aspekt in der Literatur weitestgehend übergangen. Die vorliegende Arbeit untersucht genau diese Ausbreitungscharakteristiken und Streueffekte, welche dadurch entstehen, dass Rippen, die denselben Abstand zueinander haben, auf dem Resonanzboden angebracht werden. Die Festkörperphysik stellt ein einfaches Modell über die Eigenfrequenzen für solche Anordnungen bereit. Dafür werden die Rippen und deren Abstände wie Einheitszellen eines Kristalls betrachtet. Ausgehend vom sogenannten 'Modell der linearen Ketten', werden gemessene Frequenzbänder im Spektrum erklärbar. Zusätzlich ändern sich auch die spektralen Amplituden des Resonanzbodens durch das Anbringen der Rippen. Diese Streueffekte wurden nicht nur an einem konzeptionellen rechteckigen Resonanzboden untersucht, sondern auch an einem originalen Klavier-Resonanzboden, welcher von dem Klavierbauer 'C. Bechstein Pianofortefabrik' hergestellt wurde und auch später in einem fertigen Klavier zum Einsatz kommen wird. Der traditionelle Zusammenbau des Klaviers wurde speziell für diese Untersuchung abgeändert, um die Möglichkeit zu haben, die Berippung des Resonanzbodens spektral zu charakterisieren. Alle gefundenen Eigenschaften des konzeptionellen und des originalen Bodens wurden verglichen. Für die Dämpfung und für die Brillianz des Tons wurden Übereinstimmungen, aber auch Unterschiede gefunden. Ein großer Teil dieser Untersuchung erforderte den Einsatz von speziell angefertigten piezoelektrischen Polymer-Beschleunigungsaufnehmern aus Polyvinylidenfluorid. Direkt fest eingeklebt im Instrument, wurden diese eingesetzt, um die Körperschwingungen des vibrierenden Systems aufzunehmen. Die essentielle Kalibrierung und Charakterisierung dieser Sensoren wurde durchgeführt, indem die elektromechanische Umwandlung bestimmt wurde, die durch den piezoelektrischen Koeffizienten gegeben ist. Durch eine sinusförmig variierende, externe Kraft und die dadurch entstehenden Ladungsträger an den Oberflächen des Sensormaterials kann dieser Koeffizient sehr genau bestimmt werden. In Abhängigkeit entscheidender physikalischer Größen, z.B. der Frequenz-Antwort-Funktion, wurde das Verhalten des piezoelektrischen Koeffizienten untersucht. Die erzeugten Vibrationen als Körperschall (aufgenommen durch die Piezopolymere) und als Luftschallwelle (aufgenommen durch konventionelle Kondensator-Mikrophone) wurden simultan gemessen und dann untersucht. Daraus kann man Aussagen über Entstehung, Ausbreitung und Abstrahlung der erzeugten Moden in das umgebende Medium ableiten. Letztlich charakterisieren diese Ergebnisse das gesamte vibrierende System akustisch.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines redundanten, mikromechanischen Beschleunigungssensorarrays. Die Redundanz wird genutzt, um Messabweichungen zu korrigieren. Die Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der Sensoren werden analysiert und die erzielten Verbesserungen beim Einsatz von Sensorarrays aufgezeigt. Neben den stochastischen Einflüssen können mithilfe des Arrays auch deterministische Fehler bzw. Querempfindlichkeiten korrigiert werden. Die Fertigung des Sensorarrays erfolgt mittels einer MEMS-Technologie mit einem hohen Aspektverhältnis im einkristallinen, anisotropen Silizium. Das Design ist so gestaltet, dass für jedes Sensorelement dieses Arrays bei gleichbleibenden mechanischen und elektrischen Sensoreigenschaften beliebige Messrichtungen realisierbar sind. Die messtechnische Charakterisierung der Sensorarrays und die Signalauswertung werden ausführlich beschrieben. Für die Signalauswertung der kapazitiv arbeitenden Sensorelemente wird ein angepasstes Trägerfrequenzmessverfahren entwickelt. Die Sensorarrays arbeiten mittels eines digitalen Reglers in einem geschlossenen Regelkreis. Die Verbesserungen des Messsignals durch die redundante Anordnung werden aufgezeigt.

In soils and sediments there is a strong coupling between local biogeochemical processes and the distribution of water, electron acceptors, acids and nutrients. Both sides are closely related and affect each other from small scale to larger scales. Soil structures such as aggregates, roots, layers or macropores enhance the patchiness of these distributions. At the same time it is difficult to access the spatial distribution and temporal dynamics of these parameter. Noninvasive imaging techniques with high spatial and temporal resolution overcome these limitations. And new non-invasive techniques are needed to study the dynamic interaction of plant roots with the surrounding soil, but also the complex physical and chemical processes in structured soils. In this study we developed an efficient non-destructive in-situ method to determine biogeochemical parameters relevant to plant roots growing in soil. This is a quantitative fluorescence imaging method suitable for visualizing the spatial and temporal pH changes around roots. We adapted the fluorescence imaging set-up and coupled it with neutron radiography to study simultaneously root growth, oxygen depletion by respiration activity and root water uptake. The combined set up was subsequently applied to a structured soil system to map the patchy structure of oxic and anoxic zones induced by a chemical oxygen consumption reaction for spatially varying water contents. Moreover, results from a similar fluorescence imaging technique for nitrate detection were complemented by a numerical modeling study where we used imaging data, aiming to simulate biodegradation under anaerobic, nitrate reducing conditions. / In Böden und Sedimenten sind biogeochemische Prozesse und die Verteilung von Größen wie Wasser, Elektronenakzeptoren, Säuregehalte und Nährstoffe in enger Weise miteinander gekoppelt. Diese wechselseitige Beeinflussung ist skalenübergreifend und reicht von sehr kleinen bis zu größeren Skalen. Die in realen Böden vorhandene Struktur z. Bsp. Aggregate, Pflanzenwurzeln, Schichten und Makroporen bedingen eine starke räumlich Heterogenität und zeitliche Dynamik dieser Größen. Gleichzeitig sind Verteilung und Dynamik sehr schwer zu beobachten, zumindest ohne ihre gleichzeitige Störung. Bildgebende Verfahren bieten eine sehr gute räumliche und zeitliche Auflösung und ermöglichen die Darstellung dieser Größen. Um die dynamische Wechselwirkung zwischen Pflanzenwurzeln und Boden, aber auch die komplexen physikalisch – chemischen Prozesse in Böden zu verstehen, sind neue bildgebende Verfahren notwendig. Ziel dieser Arbeit war es, eine neue nicht-invasive Methode zu entwickeln, die es ermöglicht biogeochemische Parameter in der Wurzelzone zu visualisieren. Innerhalb dieser Studie wurde ein quantitatives bildgebendes Verfahren entwickelt, dass die räumlichen und zeitlichen Dynamiken des pH Wertes in der Rhizosphäre erfasst. Diese auf Fluoreszenzemissionen basierende Methode wurde ebenso für Sauerstoffdetektion entwickelt und mit Neutronen Radiographie kombiniert um gleichzeitig Aussagen über Wurzelwachstum, Sauerstoffzehrung durch Wurzelatmung und Wurzelwasseraufnahme treffen zu können. Die kombinierte bildgebende Methode wurde dann in einem künstlichen Boden genutzt um Nischen und Übergangsbereiche von Sauerstoff bei variierenden Wassergehalten zu charakterisieren. Das große Potential von bildgebenden Verfahren zeigt sich bei Modellierungsstudien. In dieser Studie wurden Bilddaten als Eingabeparameter für die Simulierung von denitrifizierendem biologischem Schadstoffabbau genutzt.

Effizienz kann auch bei Maschinen als ein spezieller Faktor der Optimierung angesehen werden. Effiziente Maschinen und Prozesse arbeiten optimiert bezüglich der Kosten oder auch der Zeit. In einer Verpackungsmaschine trifft dies sowohl für den eigentlichen Prozess des Verpackens von Gütern, als auch für die Warenflüsse vor und nach dem Verpacken zu. Doch auch während der Planungsphase, der Erstellung und der Einrichtung einer Maschine, spielt Effizienz häufig in Form von Zeitersparnis eine gewisse Rolle. [... aus dem Text]

In this paper the development, the fabrication and the experimental characterisation of a novel electrodynamic-driven micro-actuator for in plane motions and a novel vertical field effect transistor (vertical FET) is presented. The micro-actuator for motion is based on the Lorentz force generated by a current in a magnetic field. The Lorentz force acting on the actuator can be controlled easily by the amplitude of the current. The vertical FET can be used for signal conversion from the mechanical to the electrical domain.  This low impedance sensing technique was realized by introducing a source and drain region in opposite of a movable mass which acts as the gate.  The channel resistance between drain and source is influenced by the movable mass working as a sensing unit.  Theoretical calculations and practical experiments of the structure are performed. Mechanical and electrical effects over a temperature range of  -40 °C to 180 °C  are investigated. / In dieser Arbeit wird ein neues Aktorarray zur Objektmanipulation und ein neues Verfahren zur Detektion mechanischer Bewegung in Komponenten der oberflächennahen Bulk-Mikromechanik vorgestellt. Die Aktorstrukturen werden mit Hilfe der SCREAM-Technologie hergestellt und arbeiten nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip. Bei dem Verfahren zur Bewegungsdetektion wird der aus der Mikroelektronik bekannte Feldeffekt mit mikromechanischen Strukturen gekoppelt. Die Arbeit konzentriert sich auf den Aufbau, die Wirkungsweise und die Technologie der Aktor- und Sensorstrukturen. Diese werden jeweils separat dargestellt und analysiert. Am Ende wird eine Kombination beider Komponenten vorgestellt.