Es findet sich in jedem Eigenheim – das Thermometer. Der Klassiker eines Sensors, seit Jahrhunderten zeigt es treu und verlässlich an, wie heiß oder kalt es gerade ist. Doch mit derart simplen Sensoren gibt sich Professor Hartmut Hillmer nur am Rande ab. Der Physiker der Universität Kassel hat deutlich ehrgeizigeres im Sinn.
"Ein Sensornetzwerk bedeutet, dass viele Tausende Sensoren miteinander wechselwirken und kooperieren. Das sind Netze, die selbstlernend agieren."
Sensoren, die nicht nur Temperaturen messen, sondern Licht, Strom, Schadstoffe, Säurewerte, Blutzuckerspiegel. Die einen intelligenten Mikrochip enthalten, der die Messdaten auswertet und interpretiert. Und die sich mit anderen Sensoren zu einem Netzwerk verbinden, Daten austauschen und dadurch ein umfassendes Bild der Umgebung gewinnen. Die Forscher denken an die verschiedensten Einsatzfelder. Beispiel 1:
"Stellen wir uns mal vor, wir hätten einige Sensoren in unserer Armbanduhr. Die Armbanduhr misst ständig die Schadstoffbelastung und warnt zum Beispiel einen Allergiker davor, einen Raum zu betreten."
Bei einem Brand könnte derselbe Armbanduhr-Sensor die Rauchkonzentration in der Luft überwachen und – das Entscheidende – sich mit anderen Sensoren im Gebäude kurzschließen. Damit wüsste die Uhr automatisch, wo genau es gerade besonders brenzlig ist und könnte seinem Träger als eine Art Katastrophen-Navi dienen.
"Es wird ihm etwas vorgesagt: Bitte wende dich jetzt nach links, öffne die Tür, gehe dort die Treppe hinunter und dann findest du den Weg nach außen."
Beispiel 2: Sensornetzwerke in Bauwerken.
"In Zukunft dürften Sensornetzwerke wichtig werden für das Sicherheitsmanagement von Brücken und Gebäuden."
Professor Hideto Iwaoka vom Kanazawa Institute of Technology in Tokio.
"Brücken und Gebäude zeigen Alterserscheinungen. Und die können im Laufe der Zeit gefährlich werden, es droht Einsturzgefahr. Deshalb ist es sinnvoll, sie möglichst lückenlos zu überwachen. Man kann zum Beispiel eine vielbefahrene Brücke mit unzähligen Dehnungsmessstreifen oder Glasfaser-Sensoren bestücken."
Wichtig gerade für erdbebengeplagte Länder wie Japan, bei denen das häufige Zittern die Bauwerke besonders beansprucht.
Beispiel 3: Sensoren am menschlichen Körper, die die Gesundheit überwachen und per Funk mit einer Datenzentrale verbunden sind. Hillmer:
"Wir stellen uns einen Sportler vor, der im Wald trainiert und wissen möchte, ob er sich zehn Minuten voll verausgaben soll, um seine Fitness zu steigern, oder ob er zwei Stunden lang bei moderater Belastung weiter laufen soll. Diese Daten können aufgenommen und an eine Zentrale gemeldet werden. Dieser Sportler kriegt dann die Rückmeldung mit allen seinen Fitnessfunktionen wieder zurückgesendet und kann optimal trainieren."
Ähnlich könnten Patienten künftig von intelligenten Sensoren überwacht werden und sich damit manchen Arztbesuch sparen. Doch der Weg zu solchen Anwendungen, sagt Hartmut Hillmer, ist noch weit.
"Heutzutage sind wir wirklich noch am Anfang. Eine ganz große Herausforderung liegt darin, die Energieversorgung zu lösen. Es kann nicht sein, dass diese ganzen Mikrosysteme ständig batteriebasierend betrieben werden. Sondern eine Vision ist, dass diese Mikrosysteme die Energie direkt aus der Umwelt erzeugen."
Entweder könnten die Sensoren elektromagnetische Felder in ihrer Nähe anzapfen oder die Umgebungswärme in Strom umwandeln, so die Idee. Eine weitere Herausforderung:
"Wir wollen die Sensoren so miniaturisieren, dass wir sie unsichtbar am Körper tragen können. Dass wir viele Tausende in intelligenten Räumen unterbringen können. Dazu müssen sie sehr kostengünstig sein und sehr viel leistungsfähiger als in der Vergangenheit."
Und deshalb, glauben die Fachleute, dürfte es noch fünf bis zehn Jahre dauern, bis die ersten intelligenten Sensornetzwerke einsatzreif sind.
"Ein Sensornetzwerk bedeutet, dass viele Tausende Sensoren miteinander wechselwirken und kooperieren. Das sind Netze, die selbstlernend agieren."
Sensoren, die nicht nur Temperaturen messen, sondern Licht, Strom, Schadstoffe, Säurewerte, Blutzuckerspiegel. Die einen intelligenten Mikrochip enthalten, der die Messdaten auswertet und interpretiert. Und die sich mit anderen Sensoren zu einem Netzwerk verbinden, Daten austauschen und dadurch ein umfassendes Bild der Umgebung gewinnen. Die Forscher denken an die verschiedensten Einsatzfelder. Beispiel 1:
"Stellen wir uns mal vor, wir hätten einige Sensoren in unserer Armbanduhr. Die Armbanduhr misst ständig die Schadstoffbelastung und warnt zum Beispiel einen Allergiker davor, einen Raum zu betreten."
Bei einem Brand könnte derselbe Armbanduhr-Sensor die Rauchkonzentration in der Luft überwachen und – das Entscheidende – sich mit anderen Sensoren im Gebäude kurzschließen. Damit wüsste die Uhr automatisch, wo genau es gerade besonders brenzlig ist und könnte seinem Träger als eine Art Katastrophen-Navi dienen.
"Es wird ihm etwas vorgesagt: Bitte wende dich jetzt nach links, öffne die Tür, gehe dort die Treppe hinunter und dann findest du den Weg nach außen."
Beispiel 2: Sensornetzwerke in Bauwerken.
"In Zukunft dürften Sensornetzwerke wichtig werden für das Sicherheitsmanagement von Brücken und Gebäuden."
Professor Hideto Iwaoka vom Kanazawa Institute of Technology in Tokio.
"Brücken und Gebäude zeigen Alterserscheinungen. Und die können im Laufe der Zeit gefährlich werden, es droht Einsturzgefahr. Deshalb ist es sinnvoll, sie möglichst lückenlos zu überwachen. Man kann zum Beispiel eine vielbefahrene Brücke mit unzähligen Dehnungsmessstreifen oder Glasfaser-Sensoren bestücken."
Wichtig gerade für erdbebengeplagte Länder wie Japan, bei denen das häufige Zittern die Bauwerke besonders beansprucht.
Beispiel 3: Sensoren am menschlichen Körper, die die Gesundheit überwachen und per Funk mit einer Datenzentrale verbunden sind. Hillmer:
"Wir stellen uns einen Sportler vor, der im Wald trainiert und wissen möchte, ob er sich zehn Minuten voll verausgaben soll, um seine Fitness zu steigern, oder ob er zwei Stunden lang bei moderater Belastung weiter laufen soll. Diese Daten können aufgenommen und an eine Zentrale gemeldet werden. Dieser Sportler kriegt dann die Rückmeldung mit allen seinen Fitnessfunktionen wieder zurückgesendet und kann optimal trainieren."
Ähnlich könnten Patienten künftig von intelligenten Sensoren überwacht werden und sich damit manchen Arztbesuch sparen. Doch der Weg zu solchen Anwendungen, sagt Hartmut Hillmer, ist noch weit.
"Heutzutage sind wir wirklich noch am Anfang. Eine ganz große Herausforderung liegt darin, die Energieversorgung zu lösen. Es kann nicht sein, dass diese ganzen Mikrosysteme ständig batteriebasierend betrieben werden. Sondern eine Vision ist, dass diese Mikrosysteme die Energie direkt aus der Umwelt erzeugen."
Entweder könnten die Sensoren elektromagnetische Felder in ihrer Nähe anzapfen oder die Umgebungswärme in Strom umwandeln, so die Idee. Eine weitere Herausforderung:
"Wir wollen die Sensoren so miniaturisieren, dass wir sie unsichtbar am Körper tragen können. Dass wir viele Tausende in intelligenten Räumen unterbringen können. Dazu müssen sie sehr kostengünstig sein und sehr viel leistungsfähiger als in der Vergangenheit."
Und deshalb, glauben die Fachleute, dürfte es noch fünf bis zehn Jahre dauern, bis die ersten intelligenten Sensornetzwerke einsatzreif sind.