„Die Technologie war marktreif und der Bedarf aus der Industrie bereits da.“ – Joseph Stephens, COO/CFO der NanoSen GmbH, im Gespräch

NanoSen GmbH

Der NanoSen GmbH ist die Überführung einer neuartigen Sensortechnologie aus der Forschung in die industrielle Praxis gelungen. Dank Polymer-Nanokompositen (PNC) und der Kombination zweier Messprinzipien eröffnet das junge Unternehmen der Medizintechnik, Robotik, Automatisierung und weiteren Sektoren viele innovative Möglichkeiten. Im Interview erklärt Joseph Stephens Funktionsweise und Nutzen.

Eine Marktlücke, wo herkömmliche Kraftsensoren an ihre Grenzen stoßen

Was macht NanoSen in einem Satz und welches konkrete Problem lösen Sie für Ihre Kunden heute schon?

NanoSen entwickelt und produziert hochsensitive und gleichzeitig robuste Polymer-Nanokomposite (PNC), womit wir neue Maßstäbe in der Sensorik setzen können. Als Sensorhersteller und Dienstleister bringen wir damit eine Technologie aus der Forschung in die industrielle Anwendung und ermöglichen unseren Kunden, eine neue Generation von Sensorlösungen zu realisieren. Kurz gesagt: von Force Sensing Resistors (FSR) zu Force Sensing Impedance (FSI)-Sensoren.

NanoSen ist eine Ausgründung der TU Chemnitz. Welche Marktlücke in der Kraftsensorik haben Sie damals gesehen und warum war Januar 2024 der richtige Zeitpunkt für den Schritt aus der Forschung an den Markt?

Die Marktlücke entsteht dort, wo herkömmliche Kraftsensoren an ihre Grenzen stoßen – bei Anwendungen, die höchste Sensitivität, extreme Belastbarkeit und Langlebigkeit zugleich erfordern.

Unser 0,4 Millimeter dünnes Kraftsensormaterial kann als runder 20-Millimeter-Kraftsensor Kräfte von 0.01 Newton (N) bis 150N messen, widersteht bis zu 6200N Overload und hat über 20 Millionen 200N-Kraftzyklen ohne Leistungsabfall überstanden. Zudem kann unser PNC-Material Temperaturen von -20 Grad Celsius bis 230 Grad Celsius standhalten.

Die Grundlage ist ein medizintechnisches Silikon, welches wir durch ein eigens entwickeltes Verfahren mit Nanopartikeln elektrisch leitfähig machen – ein Verfahren, das wir nach zehn Jahren Forschung zur Serienreife gebracht haben. Mit dem EXIST-Forschungstransfer-Förderprogramm 2022 konnten wir die Vorbereitung der Ausgründung finanzieren, was uns den Transfer von der Laborproduktion zur industriellen Fertigung ermöglichte. Im Januar 2024 verließen wir die TU Chemnitz, denn es war der ideale Zeitpunkt für die Gründung: Die Technologie war marktreif und der Bedarf aus der Industrie bereits da.

Sensoren der NanoSen GmbH und ihr Alleinstellungsmerkmal

Worin liegt der größte Unterschied Ihrer Kraftsensoren zu herkömmlichen Lösungen? Was können NanoSen-Sensoren, was andere nicht können?

Der größte Unterschied liegt in unserem Material und in der Art, wie wir es elektronisch auswerten. Während andere Sensoren nur Widerstand oder Kapazität messen, kombinieren wir beides mit der Impedanzmessung. Dadurch erreichen wir eine deutlich höhere Sensitivität, Stabilität und Lebensdauer.

Darüber hinaus liefern wir nicht nur fertige Sensorlösungen, sondern auch das Basismaterial selbst. Unsere Kunden können damit eigene Kraftsensoren entwickeln – individuell zugeschnitten aus unseren 45x40 Zentimeter großen Matten. Für ein passives Sensorelement werden lediglich Elektroden und das PNC-Material benötigt. Die Elektroden können auf verschiedene Substrate wie Polyamid, TPU und PET angebracht werden, um die Anpassbarkeit des Sensors zu erhöhen, und sind sehr günstig in der Herstellung.

Ob mit unserer Unterstützung oder im eigenen Haus – Kunden profitieren von deutlich geringeren Entwicklungszeiten, niedrigeren Kosten und einer schnelleren Markteinführung.

Zwei Messprinzipien in einem: Ihre Sensoren „lesen“ Druck auf zwei Arten. Warum ist diese Kombination wichtig? Verspricht sie weniger Fehlmessungen und weniger Kalibrier-Stress?

Wenn unser PNC-Material komprimiert wird, nähern sich die leitfähigen Nanopartikel einander an – dadurch sinkt der Widerstand und gleichzeitig steigt die Kapazität. Mittels Impedanz nutzen wir diese zwei Messkurven, um ein deutlich präziseres und stabileres Messergebnis zu erhalten. Diese Kombination hilft besonders dabei, Temperatureinflüsse und Drift besser zu erkennen, um sie zu kompensieren. Das bedeutet nicht, dass diese Effekte verschwinden – aber sie sind berechenbar und können korrigiert werden. Für unsere Kunden heißt das: weniger Kalibrieraufwand und stabilere Daten für ihre Sensoren, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten.

Anwendungen, Wirtschaftlichkeit und ein Blick in die Zukunft

Sie sehen große Chancen für Ihre Technologie in Branchen wie Medizintechnik, Robotik und Automatisierung. Können sie konkrete Beispiele nennen, wo die Sensoren Vorteile schaffen?

Unsere Technologie eröffnet neue Möglichkeiten überall dort, wo Kräfte gemessen werden müssen und herkömmliche Kraftsensoren nicht standhalten. In der Medizintechnik ermöglicht sie zum Beispiel die Entwicklung intelligenter Sitz- und Liegeauflagen, um die Kraftverteilung und somit auch das Sitz- und Liegeverhalten von Patienten zu messen. Dies kann ein wichtiger Beitrag zur Prävention und zur Entlastung von Pflegepersonal sein.

In der Robotik werden unsere Materialien direkt in Greifflächen von kollaborativen Robotern integriert, um ihnen ein menschliches „Feingefühl“ zu verleihen, ohne bei höheren Kräften kaputt zu gehen – man denke etwa eine Roboterhand, die spürt, ob sie ein Ei oder einen Elektromotor hält.

In der industriellen Automatisierung werden unsere Sensoren für vorausschauende Wartung und Prozessüberwachung genutzt. Unsere Technologie schafft die Basis für smarte Systeme, ohne dass nach einer bestimmten Zeit oder bei Überbelastung die Sensoren ausgetauscht werden müssen.

Wenn ich ein mittelständischer Hersteller bin: Wie schnell bekomme ich Ihre Sensoren „zum Laufen“ und wann rechnet sich die Investition? Anhand welcher Kriterien kann der Erfolg ermessen werden?

Mit unserem PNC-Sensor-Kit können Kunden innerhalb weniger Minuten erste Kraftmessungen durchführen. Es enthält fünf runde 20-Millimeter-Sensoren und eine Plug-and-Play-Elektronik, die sich per USB oder I2C direkt in bestehende Systeme integrieren lässt. Eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise sowie Code-Beispiele für die Integration erleichtern den Einstieg zusätzlich.

Wer unser PNC-Material direkt in eigene Produkte einbinden möchte, kann auf unsere Entwicklungsunterstützung zurückgreifen – von der Entwicklung bis zur Serienreife. In den meisten Fällen können wir innerhalb von ein bis zwei Monaten die ersten Prototypen liefern, was viel Zeit und Geld spart.

Ab welchen Stückzahlen wird es für Kunden besonders günstig und wie stellen Sie gleichbleibende Qualität sicher, wenn die Nachfrage stark steigt?

Unser Sensor-Kit bietet bereits einen einfachen und günstigen Einstieg in die Technologie. Wer selbst eigene Sensoren entwickeln möchte, kann unser PNC-Material in verschiedenen Größen beziehen. Wir legen großen Wert auf transparente und faire Preise – wer statt einer kleinen Matte eine größere bezieht, profitiert bereits von rund 33 Prozent Preisvorteil.

Unsere selbst entwickelte Produktion ist automatisiert, was eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet. Unsere Produktionslinie liefert aktuell jährlich rund 380 Quadratmeter Material – das reicht für über 1,2 Millionen runde 20-Millimeter-Sensoren. Gleichzeitig sind wir in der Lage, unsere Kapazitäten innerhalb weniger Monate um das Vierfache zu erweitern.

Stellen Sie sich vor, Sie dürften ein komplettes Verbraucherprodukt aufwerten. Welchen Wow-Effekt würden Sie gerne erzielen?

Wenn ich ein Beispiel aus meinem privaten Leben nehmen darf: Ich war früher Kfz-Mechaniker und habe in meiner Garage noch viel Werkzeug, das ich weiterhin benutzten möchte. Der Tod von vielen Geräten ist, wenn die Taster oder Schalter nicht mehr funktionieren. Ich kann dann die Drehzahl nicht mehr richtig einstellen oder das Gerät springt sporadisch an und kann nicht mehr sicher verwendet werden.

Durch den Einsatz unserer Technologie würden solche anfälligen mechanischen Schalter, die schweren Bedingungen nicht standhalten, entfallen. FSI-Sensoren sind Alleskönner, die auch nach vielen Jahren im Einsatz noch einwandfrei funktionieren.

• ?Was ist das Hauptmerkmal der Kraftsensoren der NanoSen GmbH?

  Die Sensoren von NanoSen GmbH zeichnen sich durch eine Kombination aus Widerstands- und Kapazitätsmessung mittels Impedanz aus. Dies ermöglicht höhere Sensitivität, Stabilität und Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren.

• ?Welche Vorteile bietet die NanoSen-Technologie im Bereich Robotik?

  In der Robotik ermöglicht die NanoSen-Technologie die Integration in Greifflächen von Robotern, wodurch ein menschliches Feingefühl erreicht wird, ohne dass die Sensoren bei höheren Kräften beschädigt werden.

• ?Wie schnell können Kunden die NanoSen-Sensoren verwenden?

  Mit dem PNC-Sensor-Kit von NanoSen können Kunden innerhalb weniger Minuten erste Kraftmessungen durchführen, dank der Plug-and-Play-Elektronik und bereitgestellten Code-Beispiele für eine einfache Integration.

• ?Was ist der Vorteil der automatisierten Produktion bei NanoSen GmbH?

  Die automatisierte Produktion bei NanoSen gewährleistet gleichbleibende hohe Qualität und ermöglicht es, die Produktionskapazitäten schnell zu erweitern, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden.

• ?Warum war Januar 2024 der richtige Zeitpunkt für die Markteinführung der NanoSen GmbH?

  Im Januar 2024 war die Technologie marktreif und der Bedarf aus der Industrie vorhanden, was den idealen Zeitpunkt für die Einführung auf den Markt darstellte.