Das Leben im und mit dem Internet der Dinge

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Auch chemische Detektoren werden zunehmend wichtig. Diese werden jedoch auch weiterhin kaum im allgemeinen Gebrauch sein, weil sie sich nur schwer in massentauglichen Produkten einsetzen lassen. Bei Chemikalien muss der Sensor häufig auf ein ganz bestimmtes Gas oder eine konkrete Flüssigkeit abgestimmt werden, weil viele von ihnen auf der Adsorption von Molekülen auf einem speziell behandelten Substrat beruhen, wodurch sich die Masse der beweglichen Strebe ändert.

Allerdings ermöglichen Fortschritte in der Optik und in der Signalverarbeitung wohl künftig allgemeiner einsetzbare Komponenten, die mithilfe der Spektralanalyse verschiedene Chemikalien in Luft oder Wasser nachweisen können. Mit ihrer technischen Weiterentwicklung ist damit zu rechnen, dass auch sie bald zum Arsenal der MEMS-Technologien gehören, die für das Internet der Dinge entwickelt werden.

Der letzte Schritt besteht darin, Kommunikation und Sensoren in ein hochintegriertes Paket zu bringen, das außerdem äußerst energieeffizient sein muss, um möglichst lange mit einer Batterieladung betriebsfähig zu sein. In den meisten Fällen befindet sich der jeweilige Knoten über lange Zeiträume hinweg im Ruhezustand, wird kurz aktiviert, um eine Messung vorzunehmen und zu entscheiden, ob ausgehend von der festgestellten Änderung eine Alarm ausgelöst werden muss – oder wieder in den Ruhemodus gewechselt werden kann.

IoT-Lösungen: Steuerungen und Controller

Viele Mikrocontroller wurden im Hinblick auf diese Kernanforderung entwickelt und zeichnen sich durch Ruhemodi mit extrem geringem Energieverbrauch in Verbindung mit leistungsstarken Befehls-Pipelines zur Optimierung der Signalverarbeitung im Wachzustand aus.

Auf das IoT ausgerichtete Mikrocontroller (MCUs) unterstützen häufig einen speziellen Low-Power-Modus, so etwa beispielsweise Hardware-Zustandsmaschinen, die einen Großteil der Echtzeit-Signalverarbeitung des Sensors vom eigentlichen Kernprozessor übernehmen. Damit kann der Prozessor die meiste Zeit in einem energiesparenden Ruhemodus verbleiben und braucht nur aufzuwachen, wenn die periphere Hardware meldet, dass ein Sensor eine plötzliche Aktivitäts- oder Zustandsänderung festgestellt hat. Aufgrund dieses hohen Zeitanteils, den der Prozessor im Ruhemodus bleiben kann – oft sind das mehr als 99 Prozent der Betriebszeit – wird der Gesamtenergieverbrauch auf ein Minimum reduziert, was die Zeiträume zwischen dem Aufladen der Batterie verlängert.

Mit der Weiterentwicklung des Internet der Dinge werden wir neue Lösungen erleben, die einen noch höheren Integrationsgrad aufweisen – wo zum Beispiel Steuerung und Sensoren gemeinsam mit speziell auf das IoT abgestimmten Sensor-Hubs in ein 3D-Paket integriert sind, das einen noch geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Aber die drei Hauptkomponenten, die das Internet der Dinge bilden, sind bereits jetzt im Einsatz und ermöglichen eine Vielzahl neuer Anwendungen in der Industrie, in der Medizin und im Transportwesen.

* Ira Suko ist Direktor für den Halbleiterbereich bei Digi-Key.

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