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Neue Ansätze in der Sensorik: Intelligente Sensoren

Zahlenreihen
Riesige Datenmengen auslesen? Mit modernen intelligenten Sensoren könnte das Wirklichkeit werden. (Bild: Mika Baumeister / Unsplash.com)
Sensoren sind heute ein typischer Bestandteil des Alltags. Während die einfache Version mehr oder weniger nach dem »What if-Prinzip« arbeitet und Türen öffnet oder Licht steuert, sobald ein Kontakt unterbrochen wurde, arbeiten andere Sensoren bereits recht intelligent. Hier müssen nur die vielzähligen Sensoren im eigenen Kfz genannt werden: Regensensor, Lichtsensor, Abstandssensor. Wirklich intelligente Sensoren können jedoch weitaus mehr leisten. Die Uni Ilmenau forscht aktuell an Sensoren, die die Datenverarbeitung voranbringen könnten.

Wie könnten intelligente Sensoren helfen?

Die Forschungsgruppe »Signalverarbeitung für die Materialdatengewinnung mit intelligenter Sensorik« kurz SigMaSense, setzt sich massiv mit der Digitalisierung auseinander und konzentriert sich auf Sensorik im Bereich der Datenverarbeitung:

  • Das Problem – im Zuge der Digitalisierung müssen immer mehr Daten verarbeitet werden. Dazu zählt auch das Gewinnen von Daten, Signalen und deren Aufzeichnung. Müssen diese Daten nun für einen Prozess bereitgestellt werden, vergeht kostbare Zeit, das Notwendige vom Rest zu trennen.
  • Ziel – die Gruppe will intelligente Sensoren entwickeln, die mit der Zeit selbstständig denken und entscheiden, welche Daten für einen Prozess notwendig sind. Ein solcher Sensor würde zudem den Energieverbrauch deutlich senken.

Könnten intelligente Sensoren in die Datenverarbeitung integriert werden, ließe sich mitunter der Arbeitsumfang des Einzelnen senken. Ein praktisches Beispiel:

  • Kundenanfrage – die Kundenanfrage kommt per E-Mail zum Sachbearbeiter. Im Hintergrund steuern die Sensoren schon das Sammeln der für die Anfrage notwendigen Daten und Inhalte, und zwar, bevor der Sachbearbeiter die E-Mail öffnet.
  • Bearbeitung – schon beim Lesen der E-Mail stehen nun sämtliche notwendigen Informationen zur Verfügung. Dies ginge über die reine Zuordnung zu einem Kundenstamm hinaus, sondern könnte mitunter die aktuellen Preise eines Rohstoffs, der Lieferung oder weitere Daten beinhalten. Die Erstellung eines Angebots wäre wesentlich einfacher und schneller.

Auf der anderen Seite würden intelligente Sensoren auch dafür Sorge tragen, dass weniger unnötige Daten gesammelt oder gar gespeichert werden.

Wo wird die Sensorik aktuell eingesetzt

Wie eingangs erwähnt, ist es heute unmöglich, durch einen Tag zu gelangen, ohne mit Sensoren in Kontakt zu kommen. Die Einsatzgebiete sind riesig, von den Alltäglichkeiten, die jeder bei sich zu Hause integrieren kann, bis hin zu professionellen Einsätzen:

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  • Melder – ob Rauchmelder, Bewegungsmelder oder simple Automatiktüren: Sie alle besitzen Sensoren, die auf ein spezielles Ziel hin programmiert sind. Diese Sensoren arbeiten nach einem sehr simplen Prinzip, das mehr oder weniger die Wenn-dann-Regel befolgt. Bewegt sich etwas im Zielfeld des Sensors, schaltet sich das Licht an oder die Tür öffnet sich.
  • Schutzvorrichtungen – im Reitsport, aber auch im Radsport gibt es spezielle Sensoren in Schutzwesten, die den Sturz des Reiters oder Fahrers erkennen. Ähnlich wie der Airbag, der beim Aufprall auslöst, registrieren die Sensoren in den Westen die für Stürze typischen Bewegungsmuster und lösen aus, bevor der Körper auf dem Boden aufschlägt.
  • Fahrzeuge – moderne Fahrzeuge sind voller Sensoren. Allgemein ist die Sensorik für den Fahrzeugbau interessant, denn sie legt den Grundstein für das autonome Fahren. Die Fahrzeuge müssen mit unzähligen Sensoren ausgestattet sein, die soweit intelligent sind, um beispielsweise ein fallendes Blatt von einem Menschen unterscheiden zu können. Während GPS und das mobile Internet die Strecken vorgeben und die Sensor-Verbindung zum Server erlauben, ist es die Sensorik, die vor Ort die zu verarbeitenden Daten aufnimmt oder gar umsetzt.
  • Positionserfassung – sie ist schon jetzt in der Industrie wichtig und genau hier findet die Sensorik Anwendung. Positionserfassende Sensoren von Herstellern wie elobau registrieren genau, wo sich ein Werkstück auf der Maschine befindet und regulieren die weitere Verarbeitung. Mittels einer genauen Erfassung lassen sich Werkstücke deutlich ressourcenschonender verarbeiten, da es zu geringeren Verschnittmengen kommt. Zugleich haben sie eine tragende Sicherheitsrolle. Die Abstandserkennung kann Gefahren im Vorfeld erkennen, zudem gibt es Sensoren, die die Anlage sogleich abschalten, wenn sie ein fehlerhaftes oder falsches Objekt in der Maschine erkennen. Im Falle von verarbeitenden Anlagen kann dieses Objekt auch die Hand eines Arbeiters sein.

Sensorik ist ein breites Feld, sodass es kaum möglich ist, die Einsatzgebiete vollzählig aufzuzeichnen. Ein Beispiel für sie hat vermutlich jeder im eigenen Haushalt: Die Kaffeemaschine. Sensoren registrieren, ob Wasser und Kaffee vorhanden ist, gleichfalls melden Sensoren, wenn der Auffangbehälter voll ist. Wer eine bestimmte Kapselmaschine hat, der hat ebenfalls einen Sensoren in der Küche. Dieser liest aus, ob die Kapsel zum System gehört und wenn ja, wie dieser Kaffee aufzubrühen ist.

Modell eines Herzes
Können Sensoren auch den medizinischen Bereich deutlich verbessern? (Bild: Robina Weermeijer / Unsplash.com)

Wie könnten intelligente Sensoren in anderen Bereichen für Fortschritte sorgen?

Eines der wichtigsten möglichen Einsatzgebiete ist die Medizin. Intelligente Sensoren könnten in diesem Bereich für unglaubliche Fortschritte sorgen:

  • Herzinfarkte – was wäre, wenn eingesetzte Sensoren bei Personen mit bereits bestehender Arterienverkalkung oder einer Veranlagung im Vorfeld warnen würden, bevor es überhaupt zu einem Herzinfarkt kommt?
  • Krebs – könnten intelligente Sensoren bei Krebspatienten nach einer Operation oder Behandlung eingesetzt werden, wäre es möglich, dass diese vorzeitig warnen, wenn es zu Metastasen oder dem neuen Krebswachstum käme.
  • Prothesen – mit intelligenten Sensoren wäre es eventuell möglich, Prothesen für Betroffene zu normalen Gliedern zu machen. Könnten sie Empfindungen, Druck, Wärme, Kälte spüren und sogar Bewegungen steuern, wäre der Verlust einer Gliedmaße für Betroffene bei Weitem weniger tragisch.

Doch auch außerhalb der Medizin bietet die Sensorik viel Spielraum für Fortschritt. Mit ihr ließe sich die Nachhaltigkeit wesentlich besser und sinnvoller umsetzen und vermutlich der Umweltschutz vorantreiben. Zugleich wäre es möglich, den Schutzgedanken voranzutreiben. Schon heute sind Sensoren essenziell im Erdbebenschutz, warum nicht auch im Unwetterschutz? Per Sensoren gesteuerte Häuser könnten, sobald die Sensoren einen Hurricane registrieren, automatisch Schutzmechanismen in Kraft setzen.

Fazit – ein wichtiges Forschungsfeld

Für manche mag Sensorik als eine bloße Spielerei erscheinen, anderen erkennen ihr Potenzial. Sollte die Forschungsgruppe der Uni Ilmenau gute Ergebnisse bringen, so ließe sich durchaus der unendliche Datenmüll auflösen, der bislang ständig anfällt. Und auch in der Industrie, der Medizin oder in diversen weiteren Bereichen ist die Sensorik ein wichtiges Thema und die tragende Säule der Zukunftsfähigkeit. Denn die Automatisierung alleine gelingt nicht ohne Sensoren, die die Arbeit überwachen und notfalls dazulernen.

30.10.2019

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