(openPR) Smart Systems – klein, intelligent und mit vielerlei Funktionalitäten ausgestattet – eröffnen große Potentiale für Wirtschaft und Wissenschaft und werden daher in immer größeren Stückzahlen und unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Dabei soll und kann ihr Energiebedarf nicht im gleichen Maß zulegen, in dem ihre Leistungsfähigkeit steigt. Wie das ermöglicht wird, zeigt der Spitzencluster MicroTEC Südwest auf der Sensor+Test 2013 in Nürnberg auf seinem Stand 361 in Halle 12.
Die Clusterakteure verfolgen parallel mehrere erfolgversprechende Ansätze: Etwa ein spezielles, auf niedrigen Energiebedarf hin optimiertes low-power Schaltungsdesign oder die Möglichkeit, künftig miniaturisierte Brennstoffzellen in CMOS-Schaltungen zu integrieren, um Sensoren und ihre Auswerte-Elektronik mit Strom zu versorgen. Energie-Harvester, die z.B. Temperaturdifferenzen oder Bewegungsenergie in Elektrizität wandeln sind weitere Entwicklungsschwerpunkte. Insgesamt sind rund 35 Unternehmen und 10 Forschungseinrichtungen an den 12 Projekten der Smart Systems Integrationsplattform (SSI) des Spitzenclusters MicroTEC Südwest beteiligt, die vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMBF) mit Fördermitteln unterstützt werden.
Beispiel Medizintechnik:
Aktive Implantate im menschlichen Körper unterstützen durch Sensorik und Aktorik den Bewegungsapparat, als Rezeptoren für Schall oder Licht die Sinnesorgane oder als Schrittmacher das Herz bei seiner täglichen Arbeit. Wie aber kann man den Energiebedarf solcher Systeme minimieren und ihre Energieversorgung auch ohne Batterien auf Dauer sicherstellen? Dies ist eine zentrale Fragestellung des Projekts SMART Implant, in dem implantierbare Elektronik für langzeitfunktionale Implantate für Diagnostik und Therapie entstehen soll. „Neben seiner zentralen medizinischen Bedeutung besitzt das Thema Implantate hohes Wertschöpfungspotenzial für die Mikrosystemtechnik“, erläutert Projektleiter Dr. Stett vom Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut (NMI) in Reutlingen.
Beispiel Warenlogistik:
Effizienzsteigerung durch schnellere und zuverlässigere Lokalisierung von Waren und Transportbehältnissen sollen durch innovative Indoor-Lokalisierungssysteme erreicht werden. Die Ortsinformationen können dann sogar zur Überwachung und autonomen Navigation von Warentransporten eingesetzt werden. Die Partner des Projektes eCULS entwickeln hierfür ein energieautarkes konfigurationsfreies Ultraschall-Trackingsystem, das die Standorte mobiler Objekte durch Verwendung leicht installierbarer Signalgeber erfasst. Diese vernetzen sich im Einsatz selbsttätig und decken ihren Energiebedarf aus der Umgebung. „Wir entwickeln hier eine für viele visionär erscheinende Vorstellung: Aber bei geschickter Auswahl der Energy-Harvester und geeignetem Energiemanagement dürfte es ausreichen, das im Einsatzfeld sowieso vorhandene schwache Licht im Gebäude abzuernten. Hierfür kommen spezielle, für den Innenraum optimierte, Photovoltaik-Zellen zum Einsatz.
Wir erhalten dann nutzbare Energie aus indirektem Licht!“, erläutert Dr. Ungan, Geschäftsführer der Smart Exergy GmbH, die als Spin-Off des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg das Energiemanagement der Sensorknoten optimieren will.
Beispiel Prozesstechnik:
Sensoren für prozessrelevante Größen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung oder auch Position und Geschwindigkeit sollen im Projekt Minergy in einem Multichip-Aufbau zu einem „smart Label“ integriert werden. Das innovative Energieversorgungs-konzept sieht zwei Stufen vor: Über die RFID-Technik wird zu bestimmten Zeitpunkten eine Energiezufuhr von außen sichergestellt; damit lädt sich ein integrierter Brennstoffzellenakkumulator auf. Dieser wiederum stellt im laufenden Betrieb bedarfsgerecht die Energie für das Sensorsystem zur Verfügung und ermöglicht so ein energieautarkes Arbeiten. „Da in den geplanten Demonstrator zahlreiche Ergebnisse aus anderen Cluster-Projekten einfließen sollen, rechnen wir hier nicht nur mit einem enormen Erkenntnisgewinn, sondern auch mit einem entsprechenden wirtschaftlichen Erfolg für alle Beteiligten!“, so die Einschätzung von Projektleiter Prof. Reinecke (IMTEK).
Beispiel Gebäudetechnik:
Drahtloser Informationsaustausch durch ständig einsatzbereite Sender und Empfänger kann sich in der Energiebilanz extrem negativ niederschlagen. Das Konsortium des Projektes SmartWake geht hier einen anderen Weg und will erstmals eine neuartige Wake-Up Empfängertechnologie des Instituts für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) einsetzen, die bei Reichweiten von 60 Metern dennoch nur einen Stromverbrauch von 3µA pro Knoten aufweist. Im Bereich der Smart Metering Anwendungen zeigt sich das Potential dieser Durchbruchinnovation, denn hier geht es schnell um mehrere Millionen Zählereinheiten, die mit derartigen Smart Systems aufgerüstet werden könnten.
Einen Überblick über alle 12 Projekte der Smart Systems Integrationsplattform (SSI) bietet die folgende Liste:
Chip-BSZ Chipintegrierte Energieversorgung durch Brennstoffzellen
EASY-WSN Energieautarkes synchronisiertes Sensor-Netzwerk
eCULTS Energieautarkes Trackingsystem für mobile Objekte
INSERO3D Intelligenter Service Roboter mit integrierter 3D Bilderkennung
ITAS Integrationstechnologien für autonome Sensorsysteme
Minergy Energieautarkes RFID Sensorsystem mit integrierter Brennstoffzelle
Sens-RFID Energieautarker Gassensor für RFID-Technologie und Logistik
Smart Implant Langzeitfunktionale Implantate für Diagnostik und Therapie
Smart Wake Wake-Up Empfänger für Smart Metering und Anlagenüberwachung
smartWT Intelligenter Werkstückträger für Produktionsprozesse
TexVITAL Textilintegrierte Langzeiterfassung von Vitalparametern
TorqueSENS Drahtloser Drehmomentsensor
