BTnode
Kunde: ETH Zürich [TIK]
Basierend auf einem Bluetooth-Funk-Modul und einem Mikrocontroller, stellt der BTnode eine autonome drahtlose Kommunikation und Computing-Plattform dar, die als Demonstrationsplattform für die Forschung im Bereich der mobilen und Ad-hoc-Netzwerke (MANETs) sowie der verteilten Sensornetzwerke dient. Der BTnode wurde gemeinsam an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH, Zürich) durch das Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze (TIK) und der Forschungsgruppe ‚Verteilte Systeme‘ entwickelt. Der BTnode wird derzeit in zwei grossen Forschungsprojekten NCCR MICS und Smart-Its eingesetzt.
Unser Beitrag
Industrialisierung des ETH-Prototyp-Designs und die anschließende Produktion von kleinen bis mittleren Stückzahlen verantwortlich.
EUROPRACTICE – MCM
EU-Kommission, 4. Forschungsrahmenprogramm (FP4)v
Der sich rasch verändernde Markt für eingebettete und tragbare Computer resultiert aus der stetig wachsenden Nachfrage nach verbesserter Zuverlässigkeit und zunehmender Verarbeitungsleistung in immer kleineren Formfaktoren. Ein Pentium®-basiertes Multi-Chip-Modul (MCM) wurde während des 4. europäischen Forschungsprojekts «EUROPRACTICE-MCM» entworfen und hergestellt. Die wichtigste wissenschaftliche und technische Herausforderung des Projektes war, einen Technologie-Demonstrator zu entwickeln, um das Potenzial der High Density Packaging (HDP) Technologien zu zeigen.
Vorteile der MCM-basierten Lösungen
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Resultate
Das Pentium® MCM wurde am thermisch optimierten Kunststoff-Stud-Grid-Array (PSGA) montiert, eine Verpackungstechnik mit Kunststoffbolzen auf dem Körper der Verpackung anstelle von grossen Lötkugeln, was eine zuverlässige und kostengünstige Verpackung hoher Pin-Count-Geräte bietet. Ein vorhandener Pentium® Modul-Chipsatz mit Level 2-Cache (9 Chips und SMD-Bauteile), DRAM-Interface und PCI-Host-Brücke wurde mit Dünnschicht auf Silizium in einem PSGA Gehäuse verwendet, das wesentlich kleiner als das Original war, d.h. 25% des ursprünglich verpackten Pentium® Prozessors.
Das SP5MX1 ist eine miniaturisierte Version des Kerns eines Pentium® Prozessor Multichip-Moduls (MCM), das als Prozessor-Subsystem für den Einsatz in mobilen und Embedded-Systemen bestimmt ist. Erste Tests wurden erfolgreich mit Windows NT ausgeführt und einige Benchmark-Programme mit einer Taktfrequenz von 100 MHz durchgeführt.
GPS-Datenlogger (ZHAW)
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Unter der Leitung der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften erfasst und modelliert das Forschungsprojekt «mafreina» die Bedürfnisse und Verhaltensweisen von Erholungssuchenden in der Natur (z.B. in der „Biosfera Val Müstair“ Naturschutzgebiet, Graubünden, Schweiz). Basierend auf Hard- u. Software des OEM GPS-Datenloggers, einem unserer bestehenden Semi-Custom-Geräte, verfügt der ZHAW GPS-Datenlogger über einen grossen Datenspeicher und beendet, um Strom zu sparen die Protokollierung, wenn er nicht in Bewegung ist, was eine 7-Tage-Aufzeichnungskapazität bietet. Für das Gehäuse wurde eine spezielle Herstellungstechnik verwendet, die sich besonders für geringe Mengen eignet, was die Notwendigkeit für teure Werkzeuge vermeidet.
Unser Beitrag
- Einsatz vorhandener Semi-Custom GPS-Datenloggern (OEM)
- Integration eines Low-Power-Bewegungssensors
- Nutzung vorhandener Teile, um tragbare Kosten zu erzielen
- massgefertigtes, robustes Gehäuse
erstes offizielles Foto an Bord
Weltraumlabor „Tiangong-2“
Gamma-Ray-Bursts Polarisationsdetektor «POLAR»
Kunde: European Space Agency (ESA)
Obwohl 1960 entdeckt, sind Gammastrahlenblitze (GRBs- Gamma Ray Bursts) immer noch voller Geheimnisse und der Entstehungsmechanismus dieser sehr intensiven Explosionen ist weiterhin unbekannt. Um bestehende Modelle zu validieren oder auszuschließen, ist eine genaue Messung der Polarisation des GRB erforderlich.
«POLAR» ist ein hochempfindlicher Detektor der den Compton-Streuungs-Effekt nutzt, um die Polarisation der einfallenden Photonen zu messen. Mit seinem großen Sichtfeld und einer Detektionsenergie bis 500 keV wird er eingesetzt, um die Polarisation der GRB-Emissionen mit Hilfe von niedrigen Z-Material Kunststoff-Szintillatoren, Multimode-Photomultiplier und Multi-Channel-ASIC-Front-End-Elektronik zu messen. «POLAR» sollte zwei bis drei Jahre im Betrieb sein, während derer eine große Anzahl von GRBs gemessen werden soll.
«POLAR»
(im Weltraum)
Hochspannungs-Stromversorgung
Niederspannungs-Stromversorgung
Unser Beitrag
Der Bau des «POLAR» Detektors, dem einzigen nicht-chinesischen Experiment an Bord des chinesischen Raumlabors „Tiangong-2“, wurde von einem internationalen Kooperationsprojekt durchgeführt mit Beiträgen aus China, Frankreich, Polen und der Schweiz. Der Aufgaben- u Verantwortungsbereich von Art of Technology umfasst insbesondere:
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Gürtel-integrierter Computer «QBIC»
Kunde: ETH Zürich (IfE)
Entwickelt um komfortabel zu tragen zu sein, ohne dass dabei seine Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird, ist der «QBIC» nicht nur ein tragbarer Computer – er dient auch seiner klassischen Funktion… er hält die Hose oben! Das Herz des «QBIC» ist ein Intel Xscale-CPU (Intel PXA263B1C400), der mit einer variablen Geschwindigkeit von bis zu 400 MHz läuft. Das Band enthält eine Batterie, eine Echtzeituhr und eine Systembus-Erweiterung für Peripheriegeräte. Darüber hinaus bietet der Gurt Stecker für USB und serielle (RS-232) Geräte, einen VGA-Anschluss und einen Stromanschluss, der entweder für den Anschluss an das Stromnetz oder für eine zusätzliche am Gürtel montierbare Batterie verwendet werden kann.
Die Schnalle, die vom Riemen entfernt und auf ein Entwickler-Board für komfortable Programmierung gesteckt werden kann, enthält zwei Leiterplatten:
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| Eigenschaften |
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Entwickelt um zu tragen
Obwohl der QBIC ursprünglich als Forschungsplattform zur Sammlung und Auswertung von Sensordaten zur medizinischen Überwachung und Kontexterkennung entwickelt wurde, kann er für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, z.B.:
| Typische Anwendungen | Projekte und Gruppen, die QBIC verwenden |
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Permafrost Messungen in den Alpen «PermaSense»
Kunde: ETH Zürich [TIK]
Permafrost ist ein thermisches Untergrundphänomen bestehend aus Gestein, Erde und Schutt, die das ganze Jahr über im steilen Felsuntergrund eingefroren sind. Nicht sichtbar an der Oberfläche, taut Permafrost in den Sommermonaten, was die Hangstabilität ernsthaft beeinträchtigen und zu Naturgefahren führen kann, die den sicheren Betrieb der Infrastruktur in der Umgebung gefährden könnten. PermaSense-Geräte werden in grosser Höhe in den Bergregionen mit Permafrost-Umgebung installiert und betrieben. Als solches muss das System und alle seine Komponenten bei niedrigen Temperaturen zuverlässig laufen und in der Lage sein, grossen täglichen Temperaturschwankungen (über 40°C), je nach Sonneneinstrahlung, Wind und Schnee, zu widerstehen.
Aufgrund der Tatsache, dass die PermaSense-Geräte nur im Sommer mit Hubschrauber erreichbar sind, macht einen für 2-3 Jahre wartungsfreien Betrieb zwingend erforderlich. Um einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten, musste die Gestaltung des Systems Folgendes ebenfalls berücksichtigen:
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Lösung
Die Daten werden über ein flexibles, verteiltes drahtloses Sensornetzwerk (WSN) gesammelt, das speziell auf die geophysikalischen Sensoren angepasst ist, wodurch zuverlässige und hochwertige Messungen in extremen Umgebungsbedingungen ermöglicht werden. Zusätzlich zum im Mast integrierten GPS-Empfänger und einer Antenne, einem 2-Achsen-Neigungssensor, der gesamten Elektronik und Kabel und einer 12V-Photovoltaikanlage, umfasst das entwickelte System Folgendes:
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Unser Beitrag
Design, Entwicklung und Industrialisierung miniaturisierte Funksensoren auf Basis funktioneller Modelle (HW), darunter:
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Das STIX-Röntgenteleskop bestehend aus Imager (links) und Detektormodul (rechts) (Bild: FHNW)
Das STIX-Instrument
Spectrometer Telescope for Imagining X-rays (STIX)
Art of Technology erhielt von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) den Auftrag für die Konzeption, Entwicklung, Herstellung und Lieferung des Detektor-Elektronikmoduls (DEM), das in einem Spektrometer-Teleskop für Röntgenstrahltomographie (STIX) eingesetzt wird… ein Schweizer Experiment, finanziert vom Swiss Space Office (SSO) und eines von zehn Instrumenten an Bord des Solar Orbiters.
Die Raumsonde wurde am 10. Februar 2020 vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral aus gestartet und wird sich der Sonne bis auf 45 Millionen Kilometer nähern (ein Viertel der Entfernung zwischen Erde und Sonne) näher als jede andere zuvor und wird sich mit der Sonne drehen, wodurch ein bestimmter Teil der Oberfläche für längere Zeiträume ohne Unterbrechung beobachtet werden kann. Dies ermöglicht neue Einblicke in die Aktivitäten der Sonne und ihre Auswirkungen auf die Erde, z.B. bessere Vorhersage der hochenergetischen Teilchen, die Anlagen wie Radio- und Satelliten-Kommunikation auf der Erde stören können. Die Solar Orbiter-Mission soll die zentrale Frage der Heliophysik beantworten: Wie erzeugt und steuert die Sonne die Hemisphäre?
Entwickelt und gebaut unter der Leitung der Fachhochschule Nordwest (FHNW), wird das STIX-Instrument Beobachtungen der Sonne mit beispielloser Schärfe und direkten Messungen von Sonnenwinden und geladenen Partikeln in der Nähe ihren Ursprungsortes liefern. Die neue Umlaufbahn ermöglicht die Erforschung der anderen Seite der Sonne, die von der Erde aus nicht zu sehen ist… und zum ersten Mal der Polarregionen.
STIX wird dazu beitragen, die Mechanismen hinter der Beschleunigung der Elektronen an der Sonne und ihrem Transport in den interplanetaren Raum zu verstehen. STIX wird auch eine Schlüsselrolle bei der Verknüpfung von Fernerkundungs- und in-situ-Beobachtungen mit bildgebender Spektroskopie von solar-thermischen und nicht-thermischen Röntgenemissionen spielen, sowie bei der Bereitstellung quantitativer Informationen zu Timing, Ort, Intensität und Spektren beschleunigter Elektronen und Hochtemperatur-Thermoplasmen, die hauptsächlich mit Fackeln oder Mikrofackeln in der Sonnenkorona und Chromosphäre in Verbindung gebracht werden.
Das STIX-Instrument ist in drei Subsysteme unterteilt, die in zwei verschiedenen thermischen Umgebungen arbeiten: Durchführung mit zwei Röntgenfenstern, Gitter mit Aspektsystem und Detektor-Elektronikmodul (DEM). Die Gitter und das DEM befinden sich innerhalb der Sonde, während die Durchführung vom Hitzeschild umgeben und eines der Fenster direkt der Sonne ausgesetzt ist. Die Innentemperatur der Raumsonde wird im heissen und kalten Betriebsmodus auf +50°C bzw. -20°C gehalten, während die im DEM befindlichen CdTe-Detektoren durch ein von der Sonde versorgtes Kühlelement auf etwa -20°C gehalten werden.
Detektor-Elektronikmodul (DEM)
Optische Ausrichtung der STIX Detektorelektronik (DeE – Q1)
Detektor-Elektronikmodul (DEM)
Kunde: European Space Agency (ESA)
Das DEM umfasst eine Kälteelektronik mit 32 Detektoren (die hinter jedem Kollimator des Imagers ausgerichtet sind, um Photonenzählung und Spektroskopie im harten Röntgenbereich durchzuführen, sowie analoge Puffer, Filter und Temperatursensoren), die an ein Kühlelement bei -20°C angeschlossen sind und Wärme-Front-End-Elektronik (einschliesslich Analog-Digital-Wandler, Spannungsregler, Testimpulsgenerator, Filter) möglicherweise bei +50°C.
Die IDPU (Instrument Data Processing Unit) umfasst Netzteile (PSU), FPGAs zur Steuerung der Detektoren (Konfiguration und Ereignisanzeige) und alle ADCs (für die Codierung von Photodioden-, Temperatur- und Photonenenergiesignalen) sowie Fluganwendungssoftware für wissenschaftliche Datenverarbeitung und Space-Wire-Kommunikation mit der Raumsonde.
| Design, Entwicklung, Produktion, Integration und Test von | Unterstützung des Systemdesigns |
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| Unterstützung der Instrumentenintegration und -prüfung | Elektronische Bodenausrüstung (EGSE) |
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