Fortschrittliche Sensoren für eine vernetzte Welt

Da die Welt immer vernetzter, intelligenter und automatisierter wird, nimmt die Rolle der Sensoren immer mehr zu. Sensoren erfüllen die wichtige Aufgabe, Daten aus der Umgebung zu sammeln und sie in nützliche Daten umzuwandeln, und zwar in beinahe jeder Branche – vom Gesundheitswesen und der Landwirtschaft über die Fertigung und Kommunikation bis hin zu Gebäudesystemen und Transport.

Jede Anwendung benötigt jedoch Sensoren, um die wertvollsten Daten zu liefern. Das bedeutet, dass Ingenieure ständig Innovationen entwickeln müssen, um Sensoren zu designen, die Bedingungen wie Position, Geschwindigkeit, Vibration und Druck sowie Temperatur, Feuchtigkeit und Flüssigkeitsbedingungen genauer erfassen. Und da die Hersteller immer mehr Geräte mit Sensoren ausstatten, sind die wichtigsten Trends, dass sie kleiner, robuster und zuverlässiger werden.   

TE Connectivity entwickelt Sensoren, die eng mit unseren Verbindungsprodukten zusammenarbeiten. Dadurch erhalten wir einen einzigartigen Einblick in die Nachfrage nach Innovationen in verschiedenen Branchen. Es gibt unzählige Möglichkeiten, wie Sensoren unser Leben verbessern können. Hier sind einige der interessantesten Entwicklungen. 

Die Millionen von Menschen, die Gesundheits- und Fitness-Tracker am Handgelenk tragen, zeigen, wie miniaturisierte, leistungsstarke Sensoren Fortschritte in der Medizintechnik ermöglichen. Aber einige der wichtigsten Innovationen finden in spezialisierten Anwendungen wie minimalinvasiven Operationen statt.

Sensoren sind wesentlich für das Feedback, das Chirurgen benötigen, um sicher im Körper eines Patienten arbeiten zu können. Kraftsensoren können dem Operationsteam genau sagen, wann ein Schneidewerkzeug menschliches Gewebe berührt, Temperatursensoren können dazu beitragen, nahe gelegenes Gewebe während der Laserchirurgie vor Schäden zu schützen, und Drucksensoren ermöglichen die Kontrolle der empfindlichsten Körperteile, wobei Gase ein wichtiger Teil des Eingriffs sind.

Denken Sie an die Kataraktoperation, bei der ein winziger Schnitt durch die Hornhaut erforderlich ist, um eine getrübte Linse zu entfernen. Um das Auge nicht zu verletzen, ist es wichtig, genau den richtigen Druck auszuüben. Dies erfordert jedoch Sensoren, die extrem präzise Druckmessungen liefern – und das in einem extrem kleinen Gehäuse. Die modernen Sensoren von heute schaffen die Balance zwischen Miniaturisierung und hoher Leistung, die für minimalinvasive chirurgische Instrumente erforderlich ist.

Verbesserte Sensortechnologie schafft auch neue Möglichkeiten, traditionelle medizinische Verfahren und Messungen durchzuführen. Die Überwachung des Blutdrucks und der Herzfrequenz gehört beispielsweise zu fast jedem Besuch in einer Arztpraxis oder einem Krankenhaus, erfordert aber oft eine Krankenschwester, die diese Messungen vornimmt. Heutzutage sind leistungsstarke piezoelektrische Foliensensoren empfindlich genug, um den Puls und die Atemfrequenz eines Patienten allein durch Berührung aufzuzeichnen. Wenn Sie diese Filme in einen Untersuchungstisch oder sogar in einen Stuhl im Wartezimmer einbauen, können Sie die Vitalparameter der Patienten automatisch überwachen lassen, sobald sie die Praxis betreten – für ein besseres Patientenerlebnis und eine bessere Datenerfassung für das medizinische Personal.

Die Entwicklung hin zu intelligenten Fabriken erweitert die Rolle von Sensoren und den von ihnen gesammelten Daten. Seit Jahrzehnten verlassen sich Industriemaschinen auf Sensoren zur Messung von Betriebsvariablen wie Position und Drehmoment sowie von Vibrationen, Temperatur und Flüssigkeitseigenschaften, die für eine zuverlässige Leistung entscheidend sind. Um Geräteausfälle zu vermeiden, ist jedoch eine planmäßige Wartung erforderlich. Dies kann wichtige Anlagen außer Betrieb setzen und die Produktion verlangsamen.

Aus Sicht eines Fabrikbesitzers ist es besser, genau zu wissen, wann eine Maschine gewartet werden muss, um die Betriebszeit zu maximieren. Eine vorausschauende Wartung ist heute dank Sensorsystemen möglich, welche die Leistung einer Maschine überwachen, übermäßigen Verschleiß oder die Gefahr einer Störung erkennen und die Bediener darauf hinweisen können, dass die Maschine gewartet werden muss.

Variablen wie Temperatur und Vibration weisen oft auf mögliche Beanspruchung eines Geräts hin. Ein Unternehmen kann beispielsweise erkennen, wann eine Maschine außerhalb ihres sicheren Bereichs arbeitet, wenn es die Daten eines Temperatur- oder Vibrationssensors heranzieht und die aktuellen Werte mit historischen Mustern vergleicht. Die für diese Analyse erforderliche Rechenleistung kann durch Sensoren mit eingebetteten Mikroprozessoren erreicht werden. Diese lösen einen automatischen Alarm aus, wenn es Zeit für eine Wartung ist. Einige Hersteller gehen jedoch noch einen Schritt weiter, indem sie Sensoren mit einer drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindung kombinieren, um Leistungsdaten an die Cloud zu senden. Hier kann durch maschinelles Lernen oder künstliche Intelligenz über die Wartungsanforderungen hinaus nach weiteren Möglichkeiten zur Optimierung der Geräteleistung gesucht werden. 

Das vielleicht größte Versprechen für die Sensortechnologie – und deren größte Herausforderung – ist die Entwicklung vollautomatischer Fahrzeuge. Sensoren sind bereits überall in einem modernen Fahrzeug vorhanden – auch dort, wo sie für den Fahrer nicht sichtbar sind. TE bietet eine Reihe von Sensoren zur Überwachung der Motor- und Batterieleistung von Elektrofahrzeugen (EVs), Öleigenschaftssensoren für Verbrennungsmotoren, Feuchtigkeitssensoren für Klimaanlagen und nahezu jede andere Art von System.

Dennoch wünschen sich die meisten Hersteller und Verbraucher Innovationen, die automatisiertes Fahren ermöglichen. Die Society of Automotive Engineers definiert sechs Stufen der Fahrzeugautonomie, von einfacher Spurhalteunterstützung und adaptiver Geschwindigkeitsregelung (Stufe 1) bis hin zu Einparkhilfe und Kollisionsvermeidung (Stufe 2). Diese Systeme werden heute regelmäßig eingesetzt und verlassen sich oft auf optische Sensoren, um mögliche Kollisionen bei niedriger Geschwindigkeit zu erkennen oder um die Autos auf ihren Spuren zu halten. Aber die technologischen Anforderungen für vollautomatisierte Fahrzeuge (Stufe 5) sind deutlich höher.

Um wirklich ohne die Kontrolle des Fahrers zu funktionieren, braucht ein Fahrzeug eine 360-Grad-Sicht, um zu erkennen, was um es herum passiert, und um die Bedeutung dieser Signale zu interpretieren. Dies soll schließlich in der Berechnung einer angemessenen Aktion münden, die Bedingungen wie Geschwindigkeit, Wetterbedingungen und umliegende Hindernisse berücksichtigt. Und diese Berechnungen müssen in Millisekunden erfolgen.

Die grundlegende Sensortechnologie für diese Systeme existiert bereits. Die eigentliche Herausforderung ist die Rechenleistung: Wie können wir Fahrzeuge entwickeln, die intelligent genug sind, um auf die Daten zu reagieren, die sie von ihrer Umgebung erhalten? Das den Menschen eigene Verhalten ist eine weitere Hürde, die autonome Fahrzeuge nehmen müssen. Es wird lange dauern, bis sich viele Fahrer an die Idee des hand- und fußfreien Fahrens gewöhnen oder sich so wohl fühlen, dass sie auf dem Fahrersitz einschlafen.

Aus diesen Gründen glauben wir, dass vollständig autonome Fahrzeuge noch in weiter Ferne sind. In der Zwischenzeit engagiert sich TE, mit Kunden aus der Automotive-Branche zusammenzuarbeiten, um deren Anforderungen an die Sensorik zu erfüllen. Dazu gehören die Anpassung optischer Sensoren für eine verbesserte Nachtsicht, die Aufwertung von Sensorkomponenten durch Verarbeitungsfunktionen und die Kombination unserer Sensorprodukte mit drahtgebundenen oder drahtlosen Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen. Wir betrachten die Sensoren als Komponente einer Technologieplattform und suchen ständig nach Möglichkeiten, diesen Systemen einen Mehrwert zu verleihen. So stellen wir sicher, dass die Sensor- und Konnektivitätstechnologie zu dem Zeitpunkt bereit steht, an dem die Computerfähigkeiten und die menschliche Natur für die Welt der vollautomatisierten Fahrzeuge bereit sind.