Elektronische Bauteile für autonome Fahrzeuge im Bergbau müssen höchste Ansprüche hinsichtlich Robustheit und Ausfallssicherheit erfüllen. Nur so können sie in der herausfordernden Umgebung einer Mine bestehen.

Fahrzeuge, die ohne Fahrer auskommen, benötigen komplexe Technik, die in der Lage ist, die Umwelt zu erfassen und schnelle Entscheidungen zu treffen. Das alleine ist für die Hersteller schon eine große Herausforderung. Bei Mega-LKWs, die im Bergbau tätig sind, muss die eingesetzte Technologie zudem äußerst robust sein, um widrigen Umständen wie Staub, Nässe und herausfordernden Straßenbedingungen zu trotzen. AT&S arbeitet in einem Forschungsprojekt daran, passende Verbindungen zwischen den Hochleistungscomputerchips und den Leiterplatten für derartige Fahrzeuge zu entwickeln. Die Ergebnisse sollen in Zukunft auch für autonome Autos im normalen Straßenverkehr zum Einsatz kommen.

Die Maschinen, die im modernen Tagbau eingesetzt werden, sind allein wegen ihrer Größe beeindruckend. Schon der Reifen der größten Mega-LKWs, die heute im Bergbau genutzt werden, erreicht die Größe eines normalen Lastwagens, den wir aus dem Straßenverkehr kennen. Weniger auffällig ist die Technik, die im Inneren dieser Monsterlaster verborgen liegt. Aber auch hier stoßen die Bergbaumaschinen in neue Dimensionen vor. Im Gegensatz zum normalen Straßenverkehr sind selbstfahrende LKW im Bergbau nämlich bereits routinemäßig im Einsatz. Die Minen-LKW des Bergbaukonzerns Rio Tinto haben schon 2018 den Meilenstein von einer Milliarde Tonnen transportiertem Material erreicht.

Das liegt vor allem daran, dass die Verkehrssituation in einer Mine weniger komplex ist, als etwa in einer Stadt. Das heißt aber nicht, dass die nötige Technologie weniger komplex ist. Um autonom agieren zu können, müssen auch die Mega-LKWs über hocheffiziente Systeme und vor allem Computerchips verfügen, die zum Beispiel die künstliche Intelligenz (KI) zur Verfügung stellen, mit der ein selbstfahrender Laster seine Umwelt analysieren kann. Diese modernen Hochleistungschips müssen mit Leiterplatten verbunden werden, um ihre Fähigkeiten zu entfalten.

Im Forschungsprojekt CHARM (Challenging Environments Tolerant Smart Systems for IoT and AI) arbeitet AT&S mit Partnern daran, solche Verbindungen zu entwickeln. Diese müssen nicht nur den Anforderungen zukünftiger KI-Systeme genügen, sondern auch widerstandsfähig genug sein, um den widrigen Bedingungen einer Tagbaumine langfristig trotzen zu können. „Gemeinsam mit Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus zehn verschiedenen Ländern arbeiten wir an der Entwicklung von leistungsfähige Rechner-Modulen, die zukünftig in vollautonomen Mining-Fahrzeugen zum Einsatz kommen könnten. Der Beitrag von AT&S ist es, ein robustes und widerstandsfähiges Verbindungskonzept für einen Hochleistungsrechner-Chip zu entwickeln“, sagt Hannes Stahr, Group Technology Manager bei AT&S.

In der ersten Phase der Entwicklung wird das neuartige Substrat – so nennt man die Verbindung zwischen einem modernen Chip und einer Leiterplatte – mit einem Messchip bestückt. Dieser ermöglicht es, das Verhalten und die Widerstandsfähigkeit des Systems exakt zu analysieren und bei Bedarf zu verbessern. Wenn die gewünschten Parameter erreicht sind, wird der Messchip durch einen echten Hochleistungschip ersetzt, um die Feinabstimmung vorzunehmen.

Die Substrate, die für die Mega-LKW entwickelt werden, sind nicht auf einen Einsatz im Bergbau beschränkt. „Natürlich können wir die Erkenntnisse aus diesem Projekt auch auf Bereiche des automatisierten Fahrens für Pkw und normale Lkw übertragen“, sagt Stahr. Die Anforderungen an die Chips und Substrate sind im Straßenverkehr nämlich sehr ähnlich. Zwar sind selbstfahrende Autos dort üblicherweise keinen Explosionsschockwellen und Staubstürmen ausgesetzt, aber ein möglichst robustes System kann auch dort nicht schaden.

Hier kooperiert AT&S bereits mit Automobilzulieferern und sichert sich so eine gute AUsgangsposition für die kommende Autonomisierung des Straßenverkehrs. Das CHARM-Projekt ist für eine Laufzeit von drei Jahren ausgelegt und wurde von der Europäischen Union angestoßen. Das Gesamtbudget liegt bei 29 Millionen Euro.