Wie bringt man einem Auto bei, seine Umwelt zu erfassen? Für selbstfahrende Autos aber auch für Fahrassistenzsysteme, die das Autofahren sicherer machen, verwendet man sogenannte LIDAR-Sensoren (Light Detection and Ranging). Sie erstellen mit Hilfe eines Laserstrahls ein dreidimensionales Bild der Umgebung. Das kann aber nur gelingen, wenn man den Laserstrahl extrem präzise steuern kann, und das ist eine technisch sehr herausfordernde Aufgabe.

David Brunner hat sich in seiner Dissertation mit dieser Frage beschäftigt und Technologien entwickelt, um Laserstrahlen mit winzigen Spiegeln exakt zu kontrollieren. Das ist nicht nur für LIDAR-Systeme wichtig, sondern auch für andere Technologien, etwa für Augmented-Reality-Displays. Für seine Arbeit erhielt David Brunner nun am 6. Dezember 2023 den Ernst Fehrer-Preis der TU Wien.

Bewegliche High-Tech-Spiegel

Technologien, die Unfälle vermeiden und in Zukunft vielleicht sogar völlig autonomes Fahren ermöglichen – daran wird derzeit weltweit intensiv geforscht. Voraussetzung dafür ist, dass der Steuerungscomputer des Fahrzeugs sich ein korrektes Bild seiner Umgebung verschaffen kann.

Eine besonders erfolgversprechende Möglichkeit dafür ist die LIDAR-Technologie. Dabei werden kurze Laserpulse ausgesendet. Trifft der Laserpuls auf ein Objekt, wird er teilweise reflektiert und von einem Sensor detektiert. Aus der Zeit, die der Laserpuls braucht, um zum Objekt und wieder zurück zu gelangen, kann man ausrechnen, wie weit das Objekt entfernt ist. Wenn es gelingt, in Sekundenbruchteilen eine große Zahl solcher Messungen in unterschiedlichen Richtungen durchzuführen, kann man daraus ein 3D-Modell der Umgebung berechnen.

Dafür braucht man allerdings winzige, bewegliche Spiegel, die den Laserstrahl immer exakt in die richtige Richtung lenken. „Diese Spiegel werden wie Computerchips aus Silizium gemacht, genauso wie man heute zum Beispiel auch Beschleunigungssensoren und Mikrophone für das Smartphone herstellt“, erklärt David Brunner. „Aufgrund ihrer kleinen Abmessungen sind diese Spiegel aber sehr schwer zu analysieren und zu kontrollieren.“

Präzise Kontrolle dieser Spiegel ist aber entscheidend: Sie müssen sich mit hoher Frequenz ständig bewegen und dabei immer exakt richtig ausgerichtet sein – und das in den äußerst widrigen Umständen, die in einem fahrenden, vibrierenden Auto nun mal gegeben sind.

David Brunner entwickelte Konzepte, die Bewegung dieser Spiegel exakt zu überwachen, um steuernd eingreifen und ihre Präzision gewährleisten zu können. Dabei legte er Wert darauf, das Gesamtsystem so einfach wie möglich zu halten, um es nicht nur zur akademischen Fingerübung zu machen, sondern zum kommerziell nutzbaren Konzept. Die theoretischen Kontroll-Konzepte wurden experimentell umgesetzt und validiert – mit großem Erfolg: Die ursprünglich vorgegebenen Qualitätsanforderungen konnten mit Brunners LIDAR-System sogar übertroffen werden.

LIDAR-Systeme sind aber nicht der einzige Einsatzbereich für solche Spiegel. Man kann sie beispielsweise auch für Augmented-Reality-Systeme verwenden, bei denen Laserstrahlen auf eine durchsichtige Scheibe projiziert werden. So kann man etwa wichtige Daten direkt auf der Windschutzscheibe einblenden, sodass man beim Autofahren den Blick nicht von der Straße abwenden muss.

David Brunner

David Brunner stammt aus Niederösterreich. Er studierte Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Wien. Schon in seiner Masterarbeit beschäftige er sich mit Spiegel-Scannern, in seiner Dissertation vertiefte er seine Arbeit noch weiter. Neben seinem Studium arbeitete Brunner auch für die Siemens AG, nun ist er bei Infineon Technologies angestellt, wo er die Erkenntnisse seiner Dissertation technisch umsetzen will.

Am Mittwoch, dem 6. Dezember 2023 wurde David Brunner nun vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben.

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