"Social Device" Spezialinterview Die Inhalte wurden auf "Technology Online", der Website zur Informationstechnik
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In Industrienationen werden eine Reihe von Problemen offensichtlich, darunter das Bedürfnis zur Senkung des Energieverbrauchs, das zunehmende Alter der Bevölkerung und die sinkende Geburtenrate, die verfallende Infrastruktur und die Anforderung, die Vermeidung und Milderung von Katastrophen zu verbessern. Gleichzeitig werden elektronische Geräte für die Beiträge geschätzt, die sie zur Lösung dieser Probleme leisten. „Social Devices", wie sie genannt werden. Dr. Eisuke Masada, Leiter des Railway Technical Research Institutes in Japan, einem Unternehmen, das Technologie für die infrastrukturelle Eisenbahnbranche entwickelt, hat mit Satoshi Sawamura von Rohm Co. Ltd. in Japan, die sich mit der Entwicklung von fortschrittlichen elektronischen Geräten für die Lösung sozialer Probleme beschäftigen.

Dr. Eisuke Masada,
Leiter
Railway Technical Research Institute

Sawamura:　In den letzten Jahren hat eine Reihe von sozialen Problemen im Bereich humane Nachhaltigkeit weltweit Aufmerksamkeit erregt. Viele von ihnen können nicht mit konventionellen Ansätzen oder Erweiterungen bestehender Technologien gelöst werden und ich denke, die Rolle des Unternehmens muss sich als Reaktion weiterentwickeln. Als Hersteller von Halbleitern und anderen elektronischen Komponenten hat sich Rohm dazu verpflichtet, in vielerlei Hinsicht zur Gesellschaft beizutragen und gleichzeitig Lösungen zu entwickeln, die kleiner und energiesparender sind, als jemals zuvor. Die Eisenbahn ist ein grundlegender Teil der Infrastruktur und ich bin der Meinung, die Eisenbahnindustrie steht ebenfalls vor mehr sozialen Problemen als jemals zuvor.

Masada:　Die ultimativen Bedenken der Eisenbahn waren, und sind nach wie vor, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Wir befassen uns derzeit hauptsächlich mit drei wichtigen Problemen, von denen das erste Energie ist. Ich denke die ganze Welt ist sehr daran interessiert, die Umwelteinflüsse der Energienutzung zu reduzieren und natürlich schließt dies auch die Eisenbahnindustrie mit ein. Nach dem großen Erdbeben in Ostjapan, wurde die Verbesserung des Energieversorgungssystems in Japan zur Priorität und folglich sind wir alle uns energiebezogenen Problemen stärker bewusst.

Die zweiten Bedenken sind Wartung und Sicherheit. Die Eisenbahn ist ein gewaltiges System, das nicht problemlos auf sichere Weise gewartet werden kann. Derzeit hängen große Teile des Wartungs- und Sicherheitssystems von menschlichen Wesen ab, was zu einer Begrenzung dahingehend führt, wie hoch die Wartungs- und Sicherheitstechnologie gehoben werden kann. Wir glauben, dass ein neuer Rahmen benötigt wird.

Die dritte Sorge sind die Informations- und Kommunikationstechnologie oder ICT. Beispielsweise möchten immer mehr Fahrgäste ihre mobilen Geräte auch während einer Zugfahrt verwenden können und das Eisenbahnunternehmen muss eine ICT bereitstellen, um dies zu ermöglichen, da dieses Maß an Service erforderlich ist, um das Fahrgastaufkommen aufrechtzuerhalten. In den großen japanischen Metropolen nutzen vielen Menschen den Zug, ohne sich ernsthaft über andere Optionen Gedanken zu machen. In den Vereinigten Staaten zum Beispiel, einer automobilzentrierten Nation, haben vielen Menschen andere Optionen neben dem Zug. Wenn die Menschen im Alltag häufiger mobile Geräte verwenden, kann es zu abnehmenden Fahrgastzahlen führen, wenn die notwendige Umgebung nicht bereitgestellt wird.

Da die Anzahl der Menschen, die IT-Tools zur Sammlung von Informationen verwenden, zunimmt, müssen Eisenbahnunternehmen ebenfalls ihre Art der Informationsbereitstellung ändern. Anstatt diese lediglich an Bahnhöfen anzuzeigen, müssen sie sie über eine Reihe von Medien bereitstellen und so neue ICT-basierte Methoden für die Kommunikation mit Fahrgästen entwickeln.

Durch Innovationen raus aus der Energiekrise

Sawamura:　Immer mehr Unternehmen erkennen das Konzept der gemeinsamen Wertschöpfung (Creating Shared Value, CSV) an, welches darauf abzielt, ein Gleichgewicht zwischen dem Wert für die Gesellschaft und dem Wert für das Unternehmen zu erreichen, und dabei soziale Probleme durch Unternehmensaktivitäten zu lösen. Rohm ist sich der Beziehung mit der Gesellschaft im gesamten Unternehmen jederzeit bewusst und hat den sozialen Beitrag als wichtigstes Ziel für die Unternehmensphilosophie und die grundlegenden Managementrichtlinien gemacht. Folglich konzentrieren wir uns nicht auf die Reduzierung der Energie, die für den Konsum von Gütern benötigt wird, sondern auf die Entwicklung von Produkten, die zu einer energie- und ressourcensparenden Herstellung beitragen.

Abb. 1 RASMID-Serie der weltkleinsten Geräte

Indem wir beispielsweise die Effizienz der grundlegenden, analogen ICs in AC-DC- und DC-DC-Wandlern und in Leistungshalbleitern verbessern, leisten wir einen echten Beitrag zur Reduzierung des Stromverbrauchs von Elektronikgeräten.
Unsere kompakten Dioden und Widerstände der RASMID-Serie (Abb. 1), ermöglicht durch eine neu entwickelte Fertigungstechnologie, die bereits in Smartphones und anderen Mobilgeräten verwendet wird, tragen zu einem reduzierten Verbrauch der Materialien bei. Da die Komponenten kleiner sind, können die Platinen, auf denen sie befestigt sind, und andere Komponenten ebenfalls verkleinert werden, wodurch der Materialverbrauch weiter abnimmt.

Neben der Verbesserung des Ausgangs arbeiten wir auch daran, die Umwelteinflüsse der Herstellung zu reduzieren, die Nachverfolgbarkeit zu verbessern und die Verwendung von „Konfliktmineralien" zu vermeiden. Die gesellschaftliche Haltung wurde durch das große Erdbeben in Ostjapan und die daraus folgende Energiekrise erheblich gestärkt. Jeder einzelne Mitarbeiter ist sich unserer Verantwortung gegenüber der Gesellschaft bewusst.
Sie haben gerade eine Reihe von Problemen erwähnt, denen die Eisenbahnindustrie derzeit gegenübersteht... Wird zu diesen Themen bereits F&E durchgeführt?

Masada:　Selbstverständlich. Beispielsweise werden für die Bereitstellung von Elektrizität supraleitende Kabel verwendet. Elektrische Kabel werden derzeit aus Kupfer hergestellt, der elektrische Widerstand von Kupfer führt jedoch dazu, dass ein Teil der Energie, die durch sie fließt, verloren geht. Der Widerstand steigt mit der Kabellänge was zu einer Zunahme der Verluste führt. Mit einem supraleitenden Kabel wird der elektrische Widerstand jedoch fast auf 0 reduziert, was bedeutet, dass so gut wie keine Energie verloren geht. Wenn diese praktisch angewendet werden können, wird dies zu einer großen Rationalisierung der elektrischen Versorgungssysteme für Eisenbahnen führen, aber auch einen großen Schritt bei der Reduzierung des Energieverbrauchs darstellen.

Forschung im Bereich der Verbesserung der Effizienz bei Wartungs- und Sicherheitsarbeiten zielt darauf ab, Elektronik und ICT zu verwenden, wie zum Beispiel die Nutzung von Sensoren zur Überwachung und Verwaltung des Zustands von Waggons und Schienen. Eisenbahnwartung hängt oft von menschlichen Sinnen ab, darunter die visuelle Inspektion des internen und externen Erscheinungsbilds oder das Hören des Geräuschs eines Hammerschlags. Der Geruchssinn ist ebenfalls wichtig für das schnelle Erkennen von Abweichungen. Wenn Sensoren verwendet werden können, um die Funktionen zu ersetzen und zu automatisieren, die momentan menschliche Sinne erfordern, stellt dies eine erhebliche Verbesserung der Wartungseffizienz dar. Da Technologie das Fachwissen visualisieren kann, das aktuell von menschlichen Sinnen abhängt, stellt sie eine gute Methode dar, um sicherzustellen, dass das Fachwissen fähiger Ingenieure erhalten bleibt. Ich denke, Technologie von Rohm kann eine entscheidende Rolle dabei spielen, diese Art von Systemen in die Realität umzusetzen.

Sawamura:　Ja, wir bieten bereits eine Vielzahl an Produkten zur Lösung von sozialen Problemen an, wie zum Beispiel Infrastrukturmanagement. Immer mehr Kunden befassen sich intensiv mit sozialen Systemen und wir statten sie mit Sensoren aus, um Informationen aus der natürlichen Welt zu digitalisieren, oder mit Wireless-Kommunikationstechnologien und Produkten für die Sammlung von Informationen durch Sensoren. Die Nachfrage steigt in vielen Sektoren: mobile Geräte wie Smartphones, Sicherheitssysteme, medizinische Elektronik und selbst Architektur und Bauingenieurwesen. Ich denke, wir könnten einen wichtigen Beitrag zu den Wartungs-Managementsystemen leisten, die Sie beschreiben.

In der Wireless-Kommunikationstechnologie arbeiten wir aktuell an einer extrem energiesparenden Wireless-Kommunikationstechnologie namens EnOcean. Zusammen mit der Energiegewinnung, die eine Reihe von Energien in der Umwelt, darunter Licht und Bewegung, in Elektrizität umwandelt, ermöglicht EnOcean die Entwicklung von Wireless-Switches, die keine externen Stromquellen oder Kabel benötigen. Sollte diese Art von Switch eine weitverbreitete Anwendung finden, könnten EIN/AUS des Stroms mit höherer Präzision kontrolliert werden.

Nachfrage nach Mehrzweckinfrastruktur fördert die Nachfrage

Satoshi Sawamura
Präsident
Rohm Co., Ltd.

Masada:　Die Leistungshalbleiter, die die große Stärke von Rohm sind, stellen ein wesentliches Energiefeld dar, richtig?

Sawamura:　Ja, und daher engagieren wir uns so stark in diesem Bereich. Leistungshalbleiter sind die Kernkomponente in Schaltkreisen, die elektrische Leistung umwandeln. Sie werden außerdem in fast allen Geräten verwendet, die Elektrizität verwenden. Die meisten Geräte können die elektrische Leistung, die direkt vom Kraftwerk bereitgestellt wird, nicht nutzen. Stattdessen muss sie entweder im Haushalt oder im Unternehmen umgewandelt werden. Geräte verfügen außerdem über eigene interne Umwandlungsschaltkreise, um die Ströme und Spannungen zu erzeugen, die für den Betrieb notwendig sind. Mit anderen Worten: Umwandlungsschaltkreise sind überall in elektronischen Systemen zu finden. Unglücklicherweise kommt es bei jeder Umwandlung von Elektrizität zu Verlusten. Können diese Verluste jedoch reduziert werden, bedeutet dies, dass weniger Energie verbraucht wird.

Wir entwickeln Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC), die für viele als die nächste Generation von Halbleitermaterialien gelten. Im Vergleich mit konventionellen Halbleitern bieten SiC-Leistungshalbleiter niedrige Verluste und hohe Zuverlässigkeit. Werden herkömmliche Leistungshalbleiter durch diese neuen Designs ersetzt, stellt diese eine erhebliche Verbesserung der Energienutzungseffizienz dar und ermöglicht dramatisch kleinere Kühlsysteme. Dies sorgt nicht nur für weniger verschwendete Energie, sondern auch für kleinere Wärmestrahlung und Kühlmechanismen, was kleinere Geräte bedeutet.

Die ersten SiC-Leistungshalbleiter wurden vor ein paar Jahren erstmals praktisch eingesetzt und finden mittlerweile weitverbreitet Anwendung. Sie werden auch umfassend in Fahrzeugen der nächsten Generation verwendet, z. B. Elektro- und Hybridfahrzeuge, Industrieanlagen und System zur Generierung von Solarenergie, und werden auch in einer Reihe neuer Anwendungen verwendet. Rohm hat sich selbst als weltweit führenden Hersteller für SiC-Leistungshalbleiter etabliert (Abb. 2) und eine kontinuierliche Entwicklung in diesem Feld wird unseren Beitrag zur Gesellschaft erhöhen.
Wir bieten außerdem eine Reihe anderer innovativer Leistungshalbleiter an, die die Bedürfnisse entstehender Anwendungen ansprechen, darunter der HybridMOS, der die besten Funktionen von MOSFETs und bipolaren Transistoren vereint. Mit diesen und anderen aufregenden neuen Produkten können wir unseren Anteil am Halbleitermarkt weiter ausbauen.

Abb. 2 SiC-Leistungshalbleiter von Rohm führen die Branche an

Masada:　Technologien und Geräte, die Elektrizität umwandeln, werden in Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen, denke ich. Eisenbahnen, das Stromnetz und andere Infrastrukturen haben sich unabhängig voneinander entwickelt. Da die Gesellschaft jedoch nach Effizienz und Rationalisierung strebt, bin ich der Meinung, dass wir Mehrzweckinfrastrukturen erleben werden und vielleicht werden sie erneuerbare Energiequellen wie Solar- oder Windenergie umfassen. Diese großformatigen Systeme werden zweifellos an vielen Orten eine Leistungswandlung erfordern. Dadurch wird sicherlich die Bedeutung von Leistungshalbleitern, die Elektrizität umwandeln, gesteigert.
Allein auf dem Eisenbahnmarkt wird aufgrund der zunehmenden Notwendigkeit, Eisenbahnnetze in Industrienationen zu konstruieren und zu aktualisieren eine große Steigerung der Nachfrage nach Leistungshalbleitern geben. Laut einigen Schätzungen werden weltweit ungefähr 20 Billionen Yen pro Jahr in Eisenbahnsysteme investiert. Die Eisenbahnen, die aktuell gebaut werden, werden aufgrund globaler Umweltprobleme vorrangig elektrisch sein. Dies sollte einen erheblichen Markt für Leistungshalbleiter schaffen.

Eine Vielzahl neuer Technologien zur Transformation der Gesellschaft

Sawamura:　Wir entwickeln gerade eine umfassende Auswahl neuer Technologien und Produkte, um zur Lösung der gesellschaftlichen Probleme beizutragen, neben dem der Leistungshalbleiter. Ein neues Geschäftsfeld ist die Brennstoffzelle aus festem Wasserstoff, die wir gemeinsam mit der Aquafairy Corporation in Japan entwickeln und die eine Backup-Energiequelle für Notfälle bereitstellt. Es handelt sich um saubere Energie, die bei der Stromerzeugung keine schädlichen Abfälle oder Lärm abgibt, und im Vergleich zu bestehenden Akkus leicht ist. Darüber hinaus hält er bis zu 20 Jahre. Wir haben bereits einen kompakten Typ für mobile Geräte getestet, ein leistungsstarkes hybrides Design mit aufladbaren internen Li-on-Akkus und einen Typ zur Energieinstrumentierung mit langer Laufzeit, der für mindestens sechs Monate läuft.

Rohm hat eine Vielzahl von Sensortechnologien entwickelt und trägt heute zur Lösung von Problemen in Medizin und Gesundheitswesen bei, da diese Bereich aufgrund des steigenden Durchschnittsalters in Japan zunehmend an Bedeutung gewinnen. Wir entwickeln neue Technologien wie unseren µTAS-Biochip, der den Zustand einer Patienten über dessen Speichel überprüfen kann, einen CIGS-Bildsensor mit breitem Wellenbereich, der Bilder aus dem Inneren des menschlichen Körpers erfassen kann, ohne diesen zu beeinflussen, einen tragbaren Pulssensor, mit dem das Befinden jederzeit und überall überwacht werden kann und einen UV-Sensor zur Erkennung schädlicher UV-Strahlung usw.

Branchenübergreifende Bestäubung nimmt schnell zu

Masada:　Die Art und Weise, wie diese Technologien zur Lösung spezieller Anforderungen genutzt werden, definiert, wie gut sie von der Gesellschaft genutzt werden.

Sawamura:　Ich stimme zu. Wir entwickeln eine große Zahl an Technologien, die ein beträchtliches Potenzial für die Zukunft bieten, wir verstehen jedoch bestimmt nicht alle möglichen Anwendungen. Ich bin ziemlich sicher, dass wir nur einen kleinen Bruchteil der Dinge kennen, die die Gesellschaft benötigt. Daher fördere ich den Austausch mit Menschen aus anderen Feldern und Branchen, insbesondere mit solchen, mit denen zuvor kein Austausch stattgefunden hat. Wenn unsere Technologie in mehr Feldern angewendet wird, steigert dies unseren Beitrag zur Gesellschaft.