MicroBias Sediakan Teknologi Sensor Magnetik Miniatur Terintegrasi
Tim ahli Fraunhofer IIS mengembangkan MicroBias, teknologi sensor magnetik miniatur terintegrasi yang memangkas volume hingga 99 persen untuk mendukung proses robotika, otomasi, dan bermanfaar bagi pelaku industri manufaktur Indonesia.
Prototipe chip sensor dengan MicroBias. Kiri: Sisi belakang chip dengan matriks 5×8 mikromagnet; Kanan: Sisi atas chip dengan sensor 3D terintegrasi dan pemrosesan sinyal sensor (Foto/©: Fraunhofer IIS)
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
“Thank you for visiting mmindustri.co.id. Subscribe for the latest news and insight. Enter your email (Your email address will not be published)
mmINDUSTRI.co.id – Fraunhofer IIS (sumber): Mikromagnet yang tertanam langsung di dalam chip memungkinkan sistem sensor magnetik yang presisi dan berukuran mini.
Kebutuhan industri terhadap teknologi sensor yang ukurannya semakin kecil, presisi, hemat material, dan mudah diintegrasikan terus meningkat.
Sementara perkembangan robotika, otomasi industri, dan mesin cerdas, keterbatasan ruang instalasi menjadi tantangan tersendiri bagi produsen peralatan dan sistem manufaktur.
Menjawab kebutuhan tersebut, para ahli Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS memperkenalkan MicroBias, teknologi sensor magnetik generasi baru yang mengintegrasikan magnet permanen berukuran mikro langsung ke dalam substrat silikon sebuah chip sensor.
Inovasi ini menawarkan pendekatan berbeda dibandingkan sistem sensor magnetik konvensional yang umumnya menggunakan chip sensor dan magnet permanen sebagai dua komponen terpisah.
Melalui integrasi monolitik pada tingkat wafer, MicroBias mampu mengurangi volume gabungan sensor dan magnet hingga 100 kali lebih kecil, sekaligus menekan penggunaan material tanah jarang atau rare earth elements hingga 99 persen, dengan tetap mempertahankan kinerja pengukuran yang sebanding.
Bagi industri global, termasuk perusahaan manufaktur di Indonesia, terobosan ini membuka peluang pengembangan mesin, aktuator, dan robot industri dengan desain lebih ringkas, efisien, serta memiliki kemampuan pengukuran gerakan dan kondisi komponen secara presisi.
Dalam sistem otomasi modern, sensor magnetik memiliki peran penting untuk mendeteksi posisi, pergerakan, dan kondisi komponen mekanis.
Teknologi ini sering digunakan pada sambungan robot, aktuator, sistem penjepit yakni gripping system serta berbagai mesin yang membutuhkan pemantauan gerakan secara akurat.
Akan tetapi, sistem sensor magnetik konvensional masih menghadapi sejumlah tantangan yang harus diatasi.
Pertama, sensor dan magnet biasanya dipasang secara terpisah sehingga membutuhkan ruang instalasi tambahan.
Kedua, penempatan magnet harus dilakukan secara presisi agar menghasilkan medan magnet sesuai kebutuhan pengukuran.
Ketiga, upaya memperkecil dimensi magnet dapat meningkatkan kebutuhan material tanah jarang atau justru menurunkan kualitas pengukuran.
Kondisi tersebut menjadi tantangan bagi perusahaan yang mengembangkan robot berukuran kompak, mesin berkecepatan tinggi, serta peralatan industri dengan desain mekanis kompleks.
Di lingkungan produksi modern, keterbatasan ruang bukan sekadar persoalan dimensi. Desain sensor yang kurang efisien dapat memengaruhi fleksibilitas mekanis, integrasi komponen, biaya material, hingga peluang pengembangan produk baru.
MicroBias mengintegrasikan magnet langsung ke dalam chip
MicroBias menggabungkan mikromagnet permanen (merah/hijau) dan beberapa sensor Hall 3D (biru) pada satu chip terintegrasi monolitik atau substrat silikon transparan (Foto/©: Sentuhan AI/ Fraunhofer IIS)
MicroBias menghadirkan solusi melalui integrasi magnet permanen berukuran mikro langsung ke dalam substrat silikon chip sensor pada tingkat wafer.
Teknologi ini dikembangkan oleh para ahli Fraunhofer IIS bekerja sama dengan Fraunhofer Institute for Silicon Technology ISIT dan Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM.
Berbeda dari pendekatan konvensional, MicroBias menempatkan elemen magnet dan sensor dengan tingkat presisi submikrometer. Artinya, jarak serta posisi relatif antara magnet dan sensor dapat dikendalikan dengan sangat akurat.
Konfigurasi tersebut memungkinkan medan magnet lokal disesuaikan dengan kebutuhan pengukuran dan persyaratan mekanis aplikasi.
MicroBias menggabungkan beberapa elemen teknologi utama:
– Micromagnets: Magnet permanen berukuran sangat kecil yang ditanamkan langsung pada substrat silikon.
– 3D Hall sensors: Sensor Hall tiga dimensi untuk mendeteksi medan magnet dari berbagai arah.
– Integrated signal processing: Pemrosesan sinyal terintegrasi untuk menghasilkan informasi pengukuran.
– Monolithic integration: Penggabungan elemen magnet dan sensor dalam satu sistem chip yang terintegrasi.
Dalam sistem back-bias, magnet terintegrasi menghasilkan medan magnet sebagai medan bias. Sensor kemudian mendeteksi perubahan medan tersebut akibat pergerakan atau perubahan posisi komponen eksternal.
Jarak yang sangat dekat antara magnet dan sensor juga membantu mempertahankan kualitas sinyal pengukuran.
Salah satu keunggulan paling menarik dari MicroBias adalah kemampuannya mengurangi volume magnet secara signifikan tanpa mengorbankan kinerja pengukuran yang sebanding.
Fraunhofer IIS memberikan ilustrasi perbandingan antara sistem magnetik konvensional dan teknologi micromagnet.
Perbandingan antara sistem sensor magnetik konvensional dan teknologi MicroBias menunjukkan perbedaan signifikan dalam penggunaan ruang dan material.
Pada sistem konvensional, magnet permanen yang digunakan sebagai referensi memiliki volume sekitar 30 mm³. Sementara itu, MicroBias menggunakan micromagnet dengan volume hanya sekitar 0,03 mm³ per unit.
Bahkan, apabila digunakan 10 micromagnet untuk menghasilkan kinerja pengukuran yang sebanding, total volume magnet yang dibutuhkan hanya mencapai 0,3 mm³.
Dengan demikian, MicroBias mampu mengurangi total volume magnet hingga 99 persen dibandingkan sistem konvensional.
Efisiensi ini menjadi keunggulan penting bagi perusahaan manufaktur yang mengembangkan robot, aktuator, dan mesin presisi dengan keterbatasan ruang instalasi.
Selain menghasilkan desain sensor yang jauh lebih ringkas, teknologi tersebut juga berpotensi mengurangi ketergantungan terhadap material tanah jarang atau rare earth elements hingga 99 persen.
Dengan menggunakan sepuluh micromagnet, total volume magnet hanya sekitar 0,3 mm³, dibandingkan 30 mm³ pada sistem pembanding.
Hasilnya, penggunaan volume magnet dapat ditekan hingga 99 persen.
Selain itu, teknologi ini memungkinkan pengurangan penggunaan unsur tanah jarang hingga 99 persen dibandingkan sistem sensor-magnet konvensional dengan kinerja pengukuran yang sebanding.
Bagi pelaku industri, efisiensi tersebut memiliki arti strategis. Pengurangan kebutuhan material dapat mendukung optimalisasi desain produk, efisiensi pemanfaatan sumber daya, dan pengembangan komponen yang lebih ringkas.
Teknologi MicroBias dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan pengukuran gerakan dan kondisi secara presisi dalam ruang instalasi terbatas. Berikut sejumlah peluang penerapannya.
- Sambungan robot industri atau robot joints: Sambungan robot membutuhkan sensor untuk mengetahui posisi dan pergerakan setiap bagian mekanis.
MicroBias memungkinkan sensor ditempatkan langsung di dalam sambungan robot tanpa memerlukan magnet tambahan yang dipasang terpisah.
Ruang yang sebelumnya digunakan untuk sistem magnet konvensional dapat dimanfaatkan untuk mengoptimalkan motor penggerak dan mekanisme robot.
- Sistem penjepit otomatis atau gripping systems: Pada robot pemindah material, sistem penjepit membutuhkan pemantauan posisi dan kondisi mekanisme secara akurat.
Sensor magnetik terintegrasi berpotensi mendukung desain gripper yang lebih ringkas dan meningkatkan fleksibilitas integrasi pada peralatan otomatis.
- Sensor sentuh dan sensor sakelar atau tactile and switching sensors: MicroBias juga memiliki potensi untuk diterapkan pada sensor sentuh dan sensor sakelar yang membutuhkan deteksi perubahan posisi atau kondisi secara presisi.
- Komponen mesin yang sulit dijangkau: Pada mesin industri dengan ruang pemasangan terbatas, integrasi magnet dan sensor dalam satu chip dapat membantu mengurangi kompleksitas instalasi serta kebutuhan komponen tambahan.
- Sistem aktuator dan mesin presisi: Produsen aktuator dapat mengeksplorasi MicroBias untuk mengembangkan sistem pengukuran posisi yang lebih kompak, terutama ketika ukuran dan ketepatan penempatan sensor menjadi faktor penting dalam desain produk.
Model kolaborasi teknologi untuk pengembangan industri
Keunggulan MicroBias tidak hanya terletak pada rancangan chip, tetapi juga pada pendekatan kolaborasi teknologi antarlembaga penelitian Fraunhofer.
Dalam pengembangannya, masing-masing institusi memberikan kompetensi yang saling melengkapi.
– Fraunhofer IIS mengembangkan solusi sensor magnetik, pengembangan sirkuit, pemrosesan sinyal, serta algoritma cerdas untuk pengukuran multidimensi.
– Fraunhofer ISIT mendukung integrasi micromagnet pada tingkat wafer untuk produksi seri melalui teknologi PowderMEMS.
– Fraunhofer IFAM berkontribusi melalui keahlian dalam pemrosesan material.
Kolaborasi ketiga lembaha tersebut memperkuat potensi MicroBias untuk dikembangkan menjadi solusi sensor yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi industri.
Fraunhofer IIS juga menawarkan layanan pengembangan yang mencakup studi kelayakan atau feasibility study, perancangan sistem magnetik, pemodelan dan simulasi, hingga pengembangan serta validasi prototipe sistem.
Saat ini, teknologi tersebut telah tersedia untuk sensor Hall 3D. Sementara itu, penerapannya pada sensor magnetoresistif dapat direalisasikan melalui proyek pengembangan bersama.
Pendekatan ini memberikan peluang bagi perusahaan yang membutuhkan solusi sensor khusus, bukan sekadar membeli komponen standar yang tersedia di pasar.
Industri dengan potensi investasi tinggi di Indonesia
Bagi perusahaan manufaktur di Indonesia, MicroBias layak menjadi salah satu teknologi yang dipantau dalam agenda transformasi industri dan pengembangan produk berbasis teknologi tinggi.
Memang adopsi teknologi sensor baru sebaiknya tidak hanya didasarkan pada ukuran komponen yang lebih kecil. Perusahaan perlu mengevaluasi kesesuaian teknologi dengan kebutuhan operasional, desain mesin, serta target kinerja produk.
Beberapa langkah strategis yang dapat dipertimbangkan adalah:
- Evaluasi kebutuhan sensor pada mesin dan robot: Identifikasi komponen yang memiliki keterbatasan ruang pemasangan sensor, khususnya sambungan robot, aktuator, gripper, dan mekanisme presisi.
- Prioritaskan proyek percontohan: Lakukan studi kelayakan dan pengujian prototipe pada satu aplikasi yang memiliki kebutuhan pengukuran posisi atau gerakan secara presisi.
- Hitung potensi efisiensi desain: Evaluasi peluang pengurangan ruang instalasi, jumlah komponen tambahan, penggunaan material tanah jarang, serta dampaknya terhadap desain mekanis.
- Bangun kolaborasi teknologi: Perusahaan pengembang mesin, produsen sensor, integrator sistem, dan pelaku industri robotika dapat menjajaki kerja sama pengembangan dengan lembaga penelitian untuk menyesuaikan MicroBias dengan kebutuhan aplikasi masing-masing.
- Pertimbangkan kesiapan produksi massal: Selain performa prototipe, perusahaan perlu memastikan aspek konsistensi produksi, keandalan sensor, integrasi elektronik, ketersediaan pasokan, dan keekonomian produk sebelum mengadopsinya dalam skala komersial.
Dengan pendekatan tersebut, MicroBias dapat dievaluasi bukan hanya sebagai inovasi komponen, melainkan sebagai peluang untuk meningkatkan daya saing produk manufaktur.
Fraunhofer IIS dijadwalkan memperkenalkan teknologi MicroBias pada pameran electronica 2026 yang berlangsung pada 10–13 November 2026 di Munich, Jerman.
Pameran tersebut menjadi kesempatan bagi produsen sensor magnetik, perusahaan pembuat modul sensor, pelaku industri robotika, perusahaan teknik mesin, industri otomasi, serta integrator sistem untuk berdiskusi langsung dengan para ahli Fraunhofer IIS.
Agenda tersebut juga membuka peluang pembahasan mengenai aplikasi potensial, pengembangan bersama, serta prospek implementasi MicroBias dalam berbagai kebutuhan industri. #SalamSobartmmINDUSTRI
This type of article is favored by our readers. Would your company willing to sponsor it? Kindly email us: business@mmindustri.co.id or fill this form