Modulare Sensor-Aktor-Plattform Im Schwarm verbunden – Physikalische und chemische Messgrößen erfassen

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

PFLITSCH GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Syslogic GmbH

Die Sensor-Aktor-Plattform Swarmy-V2 des Fraunhofer IZM erfasst nicht nur physikalische und chemische Messgrößen, sondern ist auch in der Lage, Bewegungen zu erzeugen. Mehrere Module lassen sich zu einem Schwarm verbinden.

Die digitale Transformation in der Industrie und damit einhergehend die Automatisierung von Produktions- und Logistikprozessen schreitet in großen Schritten voran. Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Robotik und die zunehmende Vernetzung durch das Internet der Dinge treiben diesen Trend noch weiter an. Eine zusätzliche Verknüpfung mit Methoden des maschinellen Lernens eröffnet neue Möglichkeiten. Beispielsweise lassen sich Rüstzeiten, Fertigungstoleranzen und Prozessschwankungen in Umformungs-, Zerspanungs-, Füge- sowie Beschichtungsprozessen optimieren, die mit bisherigen klassischen Ansätzen der Automatisierung nicht denkbar waren.

Modulare Sensor-Plattform

Ein Grundproblem dieser neuen Ansätze ist jedoch die Vorhersagbarkeit der Resultate von Lernalgorithmen. Es können keine exakten Angaben zum Ausgang einer solchen Vorgehensweise getroffen werden. Eine Aussage, wie: „Die Fehlerrate im Prozess sinkt um 20 Prozent“ ist erst im Nachhinein möglich. Entsprechend hoch ist das Risiko für Unternehmen einen solchen neuen Prozess einzuführen und dementsprechend hoch ist auch der Bedarf an Möglichkeiten, um dieses Risiko bei der Entscheidung zu minimieren.

Gefragt ist eine Lösung, die – von der ersten konkreten Automatisierungsidee bis zur realen Umsetzung – einen schnellen Testlauf ermöglicht. Problematisch in diesem Zusammenhang ist es, die notwendigen, qualitativen Daten zu erfassen, welche die Grundlage für die Evaluierung des Ansatzes bilden. Beachtet werden müssen die Integration der Messsysteme in eine bestehende Infrastruktur aber auch die Datensicherheit und selbst das fehlende Know-how in den Unternehmen. An dieser Stelle knüpft die neue modulare Sensor-Aktor-Plattform an, die in der Gruppe Sensor Nodes & Embedded Microsystems am Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) entwickelt wird.

Physikalische und chemische Messgrößen

Die neue Plattform mit dem Namen Swarmy-V2 soll die Lücke zwischen einer neuen Idee bis zur Akquise der benötigten Daten schließen. Gleichzeitig soll sie mögliche Barrieren abschaffen und Entwicklungszeiten verkürzen. Swarmy-V2 bietet dem Benutzer verschiedene Möglichkeiten, um physikalische und chemische Messgrößen zu erfassen und Bewegungen zu erzeugen.

Die Wahrnehmung und Interaktion mit der Umwelt erfolgt dabei autark und die Kommunikation drahtlos mit Bluetooth 5.2 (BLE). Zum Schutz der gewonnenen Daten werden sie beim Erfassen lokal auf einer mobilen App gespeichert, verarbeitet und visualisiert. Damit ist eine durchgängige Transparenz des Datenflusses ohne Cloud möglich.

Sensorik- und Aktorik-Optionen integriert

Um der Bezeichnung Plattform gerecht zu werden, integriert Swarmy-V2 verschiedenste Sensorik- und Aktorik-Optionen auf einer Fläche von 36 mm x 26 mm, die sich zu einer Modulvariante konfigurieren lassen. Die Vielfalt der Möglichkeiten spiegelt sich auch in den Anwendungsszenarien wider.

Wie der Name der Plattform bereits erahnen lässt, können sich mehrere Module zu einem Schwarm verbinden. Diese dezentrale und verteilte Architektur bringt nicht nur Robustheit und Flexibilität, sondern insbesondere eine sehr gute Skalierbarkeit des Gesamtsystems mit sich und eröffnet neue Möglichkeiten zur Überwachung und Automatisierung von Prozessen.

* Samer Al-Magazachi arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter für Embedded Microsystems am Forschungsschwerpunkt Kollektive Intelligenz und Schwarmrobotik an der TU Berlin und am Fraunhofer IZM.

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