Fraunhofer-Anwendungszentrum Drahtlose Sensorik Coburg

Während die Möglichkeiten der Sensorik und deren Miniaturisierung immer weiter fortschreiten, stellen die Übertragung und Verdichtung, die gesammelte kontextbezogene Analyse und die Visualisierung von Messungen sowie die interaktive oder modellgetriebene Erstellung von Gesamtsystemen, vor allem aber der Transfer dieser Technologien auf die ganz konkreten Anwendungsfelder aktuell sowohl wissenschaftliche als auch technische Herausforderungen dar.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde 2012 mit Unterstützung des Freistaates Bayern und in Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS und der Hochschule Coburg das Fraunhofer-Anwendungszentrum Drahtlose Sensorik gegründet, das praktisch einsetzbare Lösungen auf Basis funkvernetzter Sensoren für die Wirtschaft erarbeitet.

Das Fraunhofer-Anwendungszentrum, das von Prof. Dr. Thomas Wieland, Professor für Informatik der Hochschule Coburg, geleitet wird, arbeitet eng mit der Hochschule zusammen und ist mit seinen Laboren im Hofbrauhaus, einem Technologie- und Innovationszentrum auf dem Campus Design der Hochschule Coburg in unmittelbarer Nähe zum Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT), angesiedelt. Die fachliche Koordination und Anbindung an die Fachabteilungen des Fraunhofer IIS erfolgt unter der Leitung von Jürgen Hupp, Leiter der Abteilung Kommunikationsnetze. Eingebunden in die Kooperation sind die Abteilungen Kommunikationsnetze KOM und Bildverarbeitung und Medizintechnik BMT am Fraunhofer IIS.

Die zentrale Fragestellung, die am Fraunhofer-Anwendungszentrum Drahtlose Sensorik bearbeitet wird, ist die drahtlose und energieeffiziente Vernetzung von Sensoren oder Sensorsystemen mittels Nahbereichsfunktechnologien, sowohl zu einer Zentralstelle hin als auch untereinander. Durch das Zusammenwirken mehrerer Sensorknoten, deren Synchronisation und Koordination können dann Ereignisse oder Zustände bestimmt, ggf. auch vorhergesagt werden; vor allem ist aber eine Integration in die gesamte Prozesskette von entscheidender Bedeutung.

Wissenschaftlich engagiert sich das Fraunhofer-Anwendungszentrum des Weiteren in der Erforschung der Technologie der drahtlosen Sensornetze und Cyber-Physical Systems, vor allem im Bereich der visuellen und modellgetriebenen Entwicklung von Anwendungen auf drahtlosen Sensornetzen, sowie des Wearable Computing und der Informationssicherheit.

Ziel des Anwendungszentrums ist es, die Technologien der drahtlosen Sensoren und Sensornetze für verschiedene Anwendungsfelder verfügbar zu machen und kundenspezifische Anwendungen zu erstellen. Dies erfolgt vor allem in folgenden Geschäftsfeldern:

1. Maschinen- und Bauwerksüberwachung: Mit Hilfe von Sensornetzen können Maschinen, Anlagen, Prozessketten, Leitungssysteme, aber auch Hallen, Brücken etc. auf ihre Funktionsfähigkeit überwacht werden. Dadurch kann deren kontinuierliche Leistungsfähigkeit sichergestellt werden und mögliche Ausfälle sehr frühzeitig erkannt bzw. zuverlässig prognostiziert werden. Zudem können im Sinne des »Industrie 4.0«-Gedankens technische Systeme zur Identifikation und Autokonfiguration von Produktionsmitteln entwickelt werden, welche die generellen und aktuellen Eigenschaften dezentral ermitteln und drahtlos zur weiteren Verarbeitung in der Prozesskette zur Verfügung stellen können.
2. Flächenüberwachung: Drahtlose Sensornetze können dazu eingesetzt werden, Flächen hinsichtlich herrschender Umweltbedingungen (Temperaturprofile, Bodenfeuchte, Schädlingsbefall) oder auf sicherheitsrelevante Vorfälle (Zugangskontrolle) zu überwachen. Dadurch sind auch Mehrwertdienste wie nutzerbezogene Auswertungen von Dienstangeboten oder Verknüpfung mit Steuerungssystemen möglich. Beispielsweise kann so in der Landwirtschaft eine parzellenweise Bestellung eines Feldes unter Berücksichtigung der mikroklimatischen Verhältnisse ermöglicht werden.
3. Ambulante Rehabilitation: Sensoren können Patienten beim selbstständigen Durchführen von Rehabilitationsübungen unterstützen und die Bewegungsabläufe überwachen. Darüber hinaus können auch Vitalfunktionen kontrolliert werden, um frühzeitig mögliche Rückschläge in der Rekonvaleszenz identifizieren zu können. Das Anwendungszentrum arbeitet daran, beides in Textilien zu integrieren, um eine hohe Gebrauchstauglichkeit im Alltag und somit eine Ausweitung der ambulanten Rehabilitation zu erreichen, vor allem bei Erkrankungen des Gelenk- und Muskelapparats.

Als Plattform für drahtlose Sensornetze kommt dabei zum einen die vom Fraunhofer IIS patentierte s-net®-Technologie zum Einsatz, zum anderen besteht aber auch Kompetenz bei Lösungen, die Funkstandards wie IEEE 802.15.4 und ZigBee verwenden und auf freie bzw. quelloffene Systemen wie TinyOS oder Contiki aufsetzen. Natürlich sind auch kundenspezifische Varianten möglich.