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Sensorfusion und Künstliche Intelligenz befeuern die Sensortechnik

| Autor / Redakteur: Robbie Paul * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Sensoren werden nicht nur kleiner, sondern sie sind mit zusätzlicher Intelligenz ausgestattet. Die Daten von unterschiedlichen Sensoren fließen zusammen und lassen sich mit Künstlicher Intelligenz auswerten.

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Sensoren in IoT-Anwendungen sind nicht nur immer kompakter, sondern die Messdaten werden mit Künstlicher Intelligenz ausgewertet.
Sensoren in IoT-Anwendungen sind nicht nur immer kompakter, sondern die Messdaten werden mit Künstlicher Intelligenz ausgewertet.
(Bild: digi key)

Das Thema Internet of Things (IoT) ist immer verbunden mit Sensoren. Auch ein Distributor wie Digi-Key verkauft jedes Jahr mehr als 60 Mio. Sensoren und bieten über 130.000 verschiedene Teilenummern an mit steigender Tendenz. Dabei sind die Temperatursensoren am gefragtesten, gefolgt von Beschleunigungsmessern, die angetrieben werden durch die Bewegungsverfolgung von IoT-Geräten. An dritter Stelle stehen Umweltsensoren, um Druck und Feuchtigkeit zu messen. Es ist zu erwarten, dass sich Sensor und die damit verbundenen Sensoranwendungen weiter diversifizieren werden. Ein Grund sind zum einen Trends wie Gesundheit und Sicherheit oder Miniaturisierung, Sensordatenfusion sowie künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen.

Ein Blick auf 2020 hat gezeigt, dass im Zuge der COVID-19-Krise verschiedene IoT-Entwicklungen in den Fokus gerückt sind die das Ziel verfolgten, die Ausbreitung des Virus zu verhindern. Mit der Sensortechnik sollte eine Verbreitung des Virus über die Luft oder durch Berührung auf Oberflächen verhindert werden. Eine entsprechende Überwachung mit Sensoren senkt die Risiken, weil sich so die Übertragungswege überwachen und bestenfalls steuern lassen. Um beispielsweise die Luftqualität zu überwachen, kommen neben Temperatur und Feuchtesensoren, CO2- und Feinstaub-Sensoren zum Einsatz. Dabei steht ein sicheres Umfeld für Kunden und Mitarbeiter im Mittelpunkt.

Unternehmen müssen die Abstandsregeln umsetzen und überwachen, um beispielsweise den Kundenstrom durch ein Geschäft zu kontrollieren. Auch hier unterstützen Sensoren, welche die Anwesenheit von Personen überwachen und so eine genaue Zählung ermöglichen. Außerdem ist es möglich, bei überschreiten einer Grenze eine Benachrichtigung zu liefern. So lassen sich beispielsweise mit optischen Sensoren Personen in öffentlichen Gebäuden oder Geschäften überwachen.

Ebenso müssen sanitäre Einrichtungen regelmäßig gereinigt und desinfiziert werden. Für eine sichere und gesunde Arbeitsumgebung ist es wichtig, den Reinigungsplan einzuhalten und diesen auch allgemein zugänglich zu machen. So kann ein einfaches System mit gut sichtbaren Indikatoren mit Benachrichtigung des Personals über den Beginn geplanter Reinigungsprozesse zusammen mit einer automatischen Datenaufzeichnung und -erfassung dabei helfen, Hygienevorschriften einzuhalten. Darüber steuern optische Sensoren berührungslos Licht oder die Spülung. Da die Hygienerichtlinien ständig angepasst werden, spielen optische Sensoren für die Überwachung und Kontrolle von Gesundheit und Sicherheit eine wichtigere Rolle.

Vernetzte Sensoren in der Landwirtschaft

Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen sind auf die Daten von Sensoren angewiesen. Ein Beispiel ist Google-Nest: Das System stellt die Temperatur auf der Grundlage seiner Umgebung ein. Wie viele Menschen befinden sich in einem Zimmer oder zeitliche Größen wie Wochentag oder Wochenende. Nest sammelt kontinuierlich Daten, analysiert sie und sendet sie an einen Cloud-Server, um den Benutzer über seine Ergebnisse zu informieren. Je genauer die gewonnenen Daten analysiert werden, umso höher ist der Komfort für den Anwender.

Selbst die moderne Landwirtschaft kommt ohne den Einsatz von Sensoren nicht mehr aus. Landwirte messen die Feuchtigkeit mit Sensoren und steuern so ihre Bewässerungssysteme. Zusätzlich versorgen die Sensoren versorgen die Bauern mit unterschiedlichen Daten und schalten das Bewässerungssystem bei Trockenheit automatisch ein. Auch hier werden künftig vernetzte Sensoren dabei helfen, die Produktivität zu steigern. Fließen zudem noch die Wetterdaten in die Überwachung mit ein, lässt sich ein Bewässerungssystem sehr effizient einsetzen und zudem Wasser sparen. Auch hier wird es zu einer Datenfusion kommen: Temperatur, Feuchtigkeit und Druck kombinieren, um ein vollständigeres Bild der Umwelt zu erhalten.

Aktuell kommen die unterschiedlichen Sensoren noch sehr rudimentär zum Einsatz. Es werden zwar viele Messdaten erfasst, aber ein Großteil der Daten wird nicht ausgewertet. Vorausschauende Wartung wie die kommerziellen Anwendungen in der Landwirtschaft stellen die Verbreitung von Sensoren und Daten dar. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden dabei helfen, aus den gemessenen Daten die richtigen Schlussfolgerungen zu ziehen.

Miniaturisierung und Sensorfusion

Im Programm von Digi-Key sind beispielsweise das Breakout-Board BME680 von Adafruit. Hier sind Temperatur-, Feuchtigkeits-, Druck- und Gassensor vereint.
Im Programm von Digi-Key sind beispielsweise das Breakout-Board BME680 von Adafruit. Hier sind Temperatur-, Feuchtigkeits-, Druck- und Gassensor vereint.
(Bild: digi key)

Ein wesentlicher Trend ist die Miniaturisierung und Sensorfusion: Sensoren werden nicht nur kleiner und kompakter, sondern es werden mehrere verschiedene Sensoren auf einer Plattform integriert. So lassen sich beispielsweise Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitssensoren in einem Gehäuse kombinieren und in kompakten Umweltsensor-Anwendungen einsetzen.

Typischerweise haben Sensoren verschiedene analoge Ausgangsdaten. Durch die Integration mit anderen Komponenten wie Mikroprozessoren müssen diese Daten von analog zu digital gewandelt werden. Hier helfen rein digitale Sensoren, überflüssige Komponenten aus den Sensordesigns zu eliminieren. Das hilft bei der Miniaturisierung.

Ein kompakter Temperatur- und Feuchtesensor: Dank Sensorfusion lassen sich Messdaten kombinieren und so beispielsweise Innenräume überwachen.
Ein kompakter Temperatur- und Feuchtesensor: Dank Sensorfusion lassen sich Messdaten kombinieren und so beispielsweise Innenräume überwachen.
(Bild: digi key)

Da das Internet of Things weiterhin stark wachsen wird und neue Sensortrends auftauchen, werden sich die Anwendungen für Sensoren weiter verfeinern. Sensoren rücken in der Wertschöpfungskette nach oben und werden zu eigenständigen Geräten. Sie sind mit mehr Rechenpower und Netzwerkfähigkeiten ausgestattet und in kompakten Komponenten für den Innen- oder Außeneinsatz erhältlich. Dadurch können die Sensoren von Systemintegratoren und Lösungsanbietern direkt im Feld eingesetzt werden, da die Konstruktions- und Entwicklungsarbeit bereits vom OEM geleistet wurde. Mit ein wenig Programmierung lassen sie sich als vielseitige Bausteine für jede Anwendung anpassen.

Hier spielen auch die Boards mit Sensoren eine Rolle: Das Breakout-Board BME680 von Adafruit, das Breakout-Board von DFRobot oder das Shuttle-Board BMI090L. Dank des IoT und den vernetzten Sensoren werden ganz verschiedene Anwendungen und schließlich zu reichhaltigeren Endprodukten führt.

* Robbie Paul ist Director IoT-Business Development bei Digi-Key Electronics.

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