Die Diamanten sind geschliffen

Smart City, smart Factory, smart Home ... – der Bedarf an drahtlosen Sensorsystemen steigt. Deren Zuverlässigkeit und Energieeffizienz ist ein Forschungsgebiet für die Nachwuchswissenschaftler des DIAMANT-Teams aus Frankfurt (Oder).

Die drahtlose Kommunikation gehört zum modernen Leben des 21. Jahrhunderts. Man denke etwa an die Telemedizin, an die Steuerung von Robotern oder an die Überwachung von Industrieanlagen. Da ist es keine Frage: Die Sensornetze müssen äußert zuverlässig sein. Höchste Sicherheit verbraucht aber entsprechend viel Energie. Zu viel, wenn man bedenkt, dass die Sensorknoten in der Regel batteriebetrieben und in verbaute Hardware eingebettet sind, was die Wartung aufwändig macht. Energieeffizienz und Langlebigkeit der Sensorknoten sind Aufgaben für Forschung und Entwicklung. Fachlich gut aufgehoben ist diese Problemstellung am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik IHP in Frankfurt (Oder). Hier startete vor fünf Jahren die InnoProfile-Transfer-Initiative „Zuverlässigkeit für hochsensible langlebige komplexe verteilte Anwendungen“, kurz genannt DIAMANT, was in übertragener Bedeutung heißt: Die Sensornetze sollen so haltbar und langlebig sein wie dieser Edelstein, der als der härteste überhaupt gilt. „Wir haben aus dem Rohmaterial Diamanten geschliffen, die Marktchancen haben“, bilanziert Projektleiter Peter Langendörfer vom IHP.

WISDOM managt Energieverbrauch

Seit fünf Jahren arbeiten Nachwuchswissenschaftler – finanziert vom Bundesforschungsministerium und von Stifterunternehmen aus der Region – an vereinfachten Methoden und Werkzeugen, mit deren Hilfe sich eine energiesparende Software für Sensorknoten programmieren lässt. Sie haben unter anderem Mechanismen entwickelt, die defekte Knoten selbständig erkennen und sogar reparieren, indem der funktionierende Sensorknoten entsprechende Code-Updates sendet.

Einer der geschliffenen Diamanten heißt WISDOM. Diese „weise“ Plattform kann nicht nur den Energieverbrauch innerhalb von Sensorsystemen überwachen und Code-Updates zur Reparatur verschicken. Durch die Integration einer eigenen Energieversorgung ermöglicht WISDOM ein effizientes Energiemanagement innerhalb des Sensorsystems, weil sie lernt, welche Operationen wieviel Energie verbrauchen. WISDOM wird testweise von Studierenden und Wissenschaftlern im Fachbereich Technische Informatik an der Universität Potsdam als Werkzeug benutzt, etwa bei der Entwicklung von Softwareprogrammen für energiesparende Systeme.

Ansicht eines Sensorsystems mit Antenne

WISDOM überwacht und managt den Energieverbrauch innerhalb von Sensorsystemen und verschickt Code-Updates zwecks Reparatur.

PRpetuum GmbH

Sensorsysteme für das moderne Leben

Die DIAMANT-Entwickler können konkrete Anwendungen für die zuverlässigen und energieeffizienten Systeme benennen – zum Beispiel im Umweltmonitoring. Neue Deiche würden schon beim Bau mit Sensorsystemen ausgestattet, um bei Hochwasser Informationen über ihre Standfestigkeit zu geben, sagt Peter Langendörfer. Das Beispiel verdeutlicht: Einmal in den Deich implementiert, ist eine herkömmliche Wartung der Sensoren sehr aufwändig.

Das Stifterunternehmen Green Way Systems aus Frankfurt (Oder) setzt drahtlose Sensorik in digitalen Verkehrsleitsystemen von Baustellen auf Straßen, Brücken oder in Tunneln ein. Die MEYTEC GmbH Informationssysteme bei Berlin verbaut besonders zuverlässige Sensorik in ihren Produkten für die Patientenversorgung auf dem Gebiet der Telemedizin. Von der Philotech GmbH aus Cottbus kommen Software und Systeme für schnelle und umweltschonende Fortbewegungsmethoden. Die Silicon Radar GmbH entwickelt integrierte Radar-Sensoren für den Einsatz im Smart City- und Smart Factory-Bereich oder in der Landwirtschaft etwa zum Messen der Bodenbeschaffenheit.