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Klein, clever und kommunikativ

Technik. - Ein Wald, der von selbst warnt, wenn Waldbrandgefahr droht und alarmiert, wenn’s brennt: Schon bald könnte diese Vision Wirklichkeit werden. Drahtlose Sensornetze machen es möglich. Nicht nur dort. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind so vielfältig, dass sie schon bald unseren Alltag erobern werden. An der Technischen Universität in Berlin diskutieren derzeit 120 Experten auf dem "" über die neuen technischen Möglichkeiten.

William Vorsatz |
    Im filigranen Stahlgeflecht der Golden Gate Brigde erledigen die knopfgroßen Wächter bereits ihren Job. Ständig überwachen sie an dutzenden sensiblen Stellen die Schwingungen der Brücke, prüfen Dehnungen sowie Materialdichten und warnen vor aufziehenden Erdbeben. Aber auch Guido Müsch, Forscher bei Philips in Aachen, kümmert sich um konkrete Anwendungen. Sein Team entwickelt die drahtlose Überwachung von Patienten in der Intensivmedizin:

    Jetzt ist Patienten-Monitoring mit viel Kabeln verbunden. Man macht EKG-Messungen, typischerweise aber nicht nur EKG, sondern auch Sauerstoffmessungen im Blut, Blutdruckmessungen und so. Man möchte in Zukunft die Kabel reduzieren, deswegen haben wir uns angekuckt, wie man das mit drahtlosen Sensornetzwerken machen kann.

    Der größte Vorteil: die Überwachung ist dann lückenlos. Kein Ab- und wieder Anklemmen, während der Patient transportiert wird. Aber bis zum täglichen Einsatz müssen die neuen Helfer noch viele Praxistests durchlaufen. Die Sender von verschiedenen Patienten dürfen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Und die Systeme sollen kinderleicht zu bedienen sein, so dass die Ärzte sich auf das Wesentliche konzentrieren können. Später wird dann ein erweiterter Personenkreis einbezogen: beispielsweise chronisch Kranke. Wenn ihr Zustand kritisch wird, alarmieren die Sensoren eine Überwachungszentrale und geben gleichzeitig auch noch die genaue Position der Hilfsbedürftigen durch. Aber geht das nicht bereits genauso gut mit Mobilfunk und Satellitennavigation? Gastgeber Professor Adam Wolisz von der Technischen Universität Berlin:

    Ein einziges solches Gerät kann üblicherweise einen Parameter, etwa Beschleunigung, oder Temperatur, oder Druck oder, was auch immer, messen. Aber das Bild der Umgebung kriegen wir erst dann, wenn wir sehr viele solcher Messungen zusammenführen. Und das hat zwei Gründe: einerseits kann jedes der Geräte ja ausfallen, die sollen ja preiswert und dadurch möglicherweise unzuverlässig sein. Also wir bauen Netze, die zuverlässig als Ganzes arbeiten sollen, obwohl sie aus sehr vielen für sich im Einzelnen unzuverlässig wirkenden Elementen zusammengebaut werden. Der zweite Aspekt ist, sie nehmen zusammen unterschiedliche Messwerte.

    Militärs verschiedener Länder betreiben ihre eigenen Forschungen. Die US-Army setzt solche Sensoren bereits zum Aufspüren und Verfolgen von Zielen ein. Und Landesgrenzen können künftig ebenso zuverlässig kontrolliert werden wie auch zivile Objekte:

    Wenn sie zum Beispiel die Anwesenheit einer Person im Raum feststellen möchten, da können Sie ja Vibrationen, sie können Temperatur, sie können Infrarot- oder Ultraschallmesswerte nehmen, und die Summe der unterschiedlichen Messungen gibt ihnen ein viel zuverlässigeres Bild, ob da jemand da ist oder nicht, als wenn sie nur auf der Basis der Temperatur oder nur auf der Basis der Vibration basieren würden.

    Da die einzelnen Elemente miteinander kommunizieren können, werden sie bei Bedarf auch zu Relais, die Informationen empfangen, verstärken und weiter senden. So kommen sie mit wenig Energie aus und überbrücken dennoch weite Strecken, etwa bei Wettermessungen. Das ist wichtig, denn die Energieversorgung macht den Wissenschaftlern noch Probleme. Die Sensoren sollen oft an schwer zugänglichen Orten über viele Jahre wartungsfrei funktionieren. Neben herkömmlichen Batterien kommen auch Solar- und Brennstoffzellen sowie Windräder in Betracht oder Systeme, die Vibrationen der Umgebung nutzen. Bei anderen Anwendungen wiederum sollen viele Sensoren auf engstem Raum platziert werden. Beispielsweise in Maschinen, um ihren Lebenszyklus zu überwachen: Durch Altersprozesse ändern sich Vibrationen und Geräusche. Was ein erfahrener Techniker eventuell fühlen oder hören kann, wird vom Sensor stets genau erfasst und an die Kontrollstation gesendet. Kongressorganisator Holger Karl von der TU Berlin:

    Stellen Sie sich vor, Sie wollen eine komplexe Maschine noch mit Sensoren versehen, müssten das aber verkabeln. Sie haben entweder gar nicht den Platz für die Kabel, Kabel zu verlegen ist eine teure Angelegenheit, sie müssen die Kabel wiederum selber warten. Und wenn die Stellen auch noch bewegt sind, denken sie an Sensorik auf dem Roboterarm, dann haben sie immer wieder Biege-Beanspruchung auf die Gelenke des Armes, d.h. die Kabel werden pro Tag n par Tausend mal hin und her gebogen, dann brechen ihnen wiederum die Kabel. Das heißt, sie müssen das drahtlos kommunizieren, das geht gar nicht anders.

    So wie das Internet Informationen in den letzten Winkel der Erde bringt, werden die kabellose Sensornetze künftig Daten aus diesem letzten Winkel automatisch erfassen und ins globale Netz einspeisen. So sind enorme Effizienzsteigerungen möglich. Einen Vorgeschmack vermittelt Cornelia Kappler von der Siemens AG. Sie installiert in Bürogebäuden Sensoren, die den Energieverbrauch messen und kann die Resultate online beobachten.

    Das Interessante ist eben zum Beispiel, dass man feststellt, das am Wochenende, wenn im Büro eigentlich gar niemand ist, manchmal 20, 50, 80 Prozent des Verbrauchs unter der Woche immer noch da ist. Und das kann man durch diese Sensoren dann feststellen, wo der eigentlich verbraucht wird.

    Datenschützer haben allerdings schon Kopfschmerzen. Die winzigen Datenspione öffnen auch unerwünschten Schnüfflern ungeahnte neue Möglichkeiten.