Sensoren sind die Voraussetzung dafür, dass Fabriken automatisiert werden, Maschinen und Autos für die Nutzer komfortabel funktionieren. Sehr wichtig sind sie bei Konsumprodukten. Ein Überblick.
Stuttgart - Sensoren sind salopp formuliert die Sinnesorgane von Autos, Maschinen, Kühlschränken und Smartphones. Wie beim Mensch, der mit der Nase riecht, den Augen sieht oder den Ohren hört, gibt es auch bei technischen Geräten unterschiedliche Sensoren für die Wahrnehmung. So sehen Kameras Objekte, Ultraschallsensoren helfen beim Einparken, und dank Infrarotsensoren erkennt ein Auto auch noch bei Nebel oder starkem Regen Hindernisse.
Sensoren und Künstliche Intelligenz (KI) gehören damit zusammen, denn moderne Produkte brauchen viele Daten. Die Palette ist riesig – es fängt bei A wie Anzahl an und reicht über D wie Dichte und Druck, F wie Füllstand, S wie Staubkonzentration bis hin zu Z wie Zeit. Es gibt mehr als 100 Parameter, die von Sensoren erfasst werden.
Wie funktioniert ein Sensor?
Die Leuze Electronic stellt Sensoren her, um Fabriken zu automatisieren. Die Produkte des Familienunternehmens aus Owen (Landkreis Esslingen) findet man etwa in Autofabriken oder in Verpackungsmaschinen. So dient Leuze-Technik dazu, dass Etiketten millimetergenau auf eine Duschgel-Flasche geklebt werden, erläutert Firmenchef Ulrich Balbach. Ein Sensor gibt der Maschine das Signal, wo das Etikett anfängt und wo es aufhört.
Alles muss hochpräzise und blitzschnell gehen. Wie schnell Sensoren sein können, veranschaulicht André Bülau, Gruppenleiter Sensoren und Aktoren, bei der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung in Stuttgart. Abhängig von der Aufgabe können Sensoren ein Mal pro Tag bis hin zu einigen hunderttausend Mal pro Sekunde messen. Besonders eifrig sind Beschleunigungssensoren, die bis zu eine Million Messwerte pro Sekunde schaffen. Meist stellen die Winzlinge die Daten „nur“ zur Verfügung – ohne sie zu bewerten.
Lesen Sie aus unserem Plus-Angebot: Die Energiewende schlau steuern
Zurück zu Leuze. Ein Etikett muss ganz präzise sitzen, weil der Endverbraucher im Supermarktregal nur nach akkurat aussehenden Produkten greift, weiß Balbach. Produkte mit schief platzierten Etiketten bleiben stehen. „Je wertiger das Gut ist, umso wichtiger ist die Verpackung“, sagt er. Und je nach Material der Etiketten – also ob sie aus Papier, transparent oder aufgeschäumt sind – ist unterschiedliche Sensortechnik nötig.
Sammeln Sensoren „nur“ Daten oder sind sie auch intelligent?
Irgendwie intelligent seien alle Sensoren, sagt Balbach. Ihre Lernfähigkeit sei aber begrenzt. Komplexere Probleme im Sinne der Künstlichen Intelligenz lösen sie meist nicht, so der Firmenchef. Denn um selbstlernend zu sein, benötigen Sensoren viel Rechenleistung – und der Platz dafür müsste im Sensor vorhanden sein.
Das Problem: Sensoren sollen möglichst stromsparend und klein sein. Die aufwendige Programmierung der KI verteure die Maschine. „Wir leben in einer Industrie, wo nichts teurer werden darf“, fügt er hinzu, denn der Preisdruck im Bereich Automatisierung sei groß. Das habe auch mit chinesischen Anbietern zu tun, die in den Markt drängen. Insgesamt steige der Bedarf an Sensoren im Maschinenbau – und Leuze wächst.
Gibt es überhaupt KI-Sensoren?
Ja, es gibt sie. Im Dezember 2020 hat Bosch nach eigenen Angaben den weltweit ersten selbstlernenden KI-Sensor für Wearables und Hearables angekündigt, das sind kleine Rechner, die etwa in der Kleidung oder in Smartwaches integriert sind. Der Konsummarkt ist für Bosch wichtig – egal, ob es sich um intelligente Kühlschränke, Gartengeräte oder technischen Ideen für die Fitnessbranche handelt.
Gut für den Konzern: Die Entwicklungszyklen sind teils kurz. Im Schnitt kommt jedes halbe Jahr ein neues Smartphone auf den Markt. Deshalb sind bei den Bosch-Kunden, die etwa Fitnessuhren fertigen, neue technische Ideen oder Features willkommen. Damit unterscheiden sie sich vom Wettbewerb locken Endkunden an.
Mit dem Sensor BHI260AP, der Anfang 2022 in Produkten im Handel sein soll, verbindet Bosch solche Hoffnungen. Der kryptische Name steht für eine Technik, die einfach zu bedienen ist. Der Sportler, auch der Reha-Sportler, drückt bei seiner Smartwatch einfach auf „neue Übung“ und „lernen“ – und schon kann er loslegen. Nur zwei- bis dreimal wiederholt er seine individuelle Übung und benamst sie. Fertig.
Künftig zählt die Smartwatch automatisch, sobald diese Bewegung gemacht wird, erläutert Richard Fix, Produktmanager von Bosch Sensortec. Auch Übungsfolgen können der Smartwatch beigebracht werden. Und weil die Sensoren ihre eigene Intelligenz haben, ist im Training nicht mal eine Internetverbindung nötig. Doch Vorsicht: Wenn man eine Übung auslässt, wird dies garantiert registriert.
Lesen Sie aus unserem Plus-Angebot: Roboter können nicht jeden Job machen
Aber Bosch geht es nicht nur um Fitness. Auch Waldbrände könnten dank KI-Sensoren frühzeitig aufgespürt werden. Allerdings man braucht viele davon, um das Risiko in den Griff zu bekommen – „alle 100 bis 200 Meter sollte sich ein Sensorknoten befinden“, so Fix. Der Sensor erkennt nicht nur Brände, sondern auch üble Gerüche von Lebensmitteln im Kühlschrank.
Was hat die Zahnbürste mit KI zu tun?
Anscheinend viel. Zahnbürsten, die mit dem Smartphone kommunizieren, liegen im Trend, sagt Fix. „Die ersten vernetzten Zahnbürsten haben dem Handy nur gesagt, wie lange geputzt wurde“, erläutert er. Später wurden Drehbewegungen der Hand registriert – und man konnte die Putzaktion im Unter- und Oberkiefer getrennt zählen. Aber auch das ist noch nicht wirklich KI. „Intelligenz brauche ich, wenn ich wissen möchte, wie lange ich hinten rechts oder hinten links geputzt habe und welche Zähne ich vernachlässigt habe“, so Fix. Das wird in den nächsten Jahren kommen.
Warum gibt es jetzt mehr KI-Sensoren?
Das hat mit dem technischen Fortschritt zu tun. Konkret geht es um die Größe der Chips und ihre Rechenfähigkeit, so Fix. So ist der Sensor, der Waldbrände aufspüren soll, gerade mal 3 x 3 x 0,9 Millimeter groß – kaum größer als ein unintelligenter Sensor. Der Anteil der KI-Sensoren wird steigen, prognostiziert Fix. Er rechnet damit, dass mittelfristig zwischen 20 und 30 Prozent der hochwertigen Sensoren über eine eigene Intelligenz verfügen. Das bedeutet auch: Für viele Anwendungen wie etwa Beschleunigungen wird ein einfacher Sensor ausreichen.
Im Trend liegen auch Multisensoren. Dies sind Sensoren, die mehrere Sachen gleichzeitig messen. So habe Bosch einen Sensor auf den Markt gebracht, der neben der Temperatur auch die relative Feuchte, den Luftdruck und Gas misst, erläutert Sensorspezialist Bülau.
Weitere Teile unserer KI-Serie finden Sie auf dieser Seite.
