Dezentrale Datenverarbeitung Warum KI künftig direkt am Ort der Messung sitzt

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Mit neuen technologischen Ansätzen soll künstliche Intelligenz direkt an der Edge von IT-Netzwerken eingebunden werden. Das ist für Anwendungen in der Industrieelektronik, Medizintechnik und Umweltüberwachung von großer Bedeutung.

Ein interdisziplinäres Forschungsprojekt unter Leitung Brandenburger Hochschulen und Forschungseinrichtungen entwickelt fortschrittliche technologische Ansätze zur effizienteren Integration künstlicher Intelligenz (KI) direkt an den Schnittstellen (Edges) von IT-Netzwerken. Diese Edge-KI-Lösungen besitzen künftig insbesondere großes Potenzial für Anwendungen in Industrieelektronik, Medizintechnik und Umweltüberwachung.

Im Rahmen des Projekts „InSeKT“ (Intelligente Sensor-Kanten-Technologien) arbeiten die Technische Hochschule Wildau, das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) sowie das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) an ganzheitlichen Entwicklungen, um KI direkt dort zu implementieren, wo Daten entstehen – unmittelbar im Sensor. Ziel ist es, rechenintensive KI-Analysen lokal durchzuführen, um so Latenzen zu verringern und gleichzeitig Datenschutz und Systemsicherheit zu verbessern.

KI-Systeme setzen auf dezentrale Datenverarbeitung

Bisher werden KI-Analysen häufig zentral in der Cloud durchgeführt. Dazu müssen umfangreiche Datenmengen über größere Entfernungen übertragen werden, was die Sicherheit und Echtzeitfähigkeit der Anwendungen beeinträchtigen kann. Edge-KI-Systeme hingegen verarbeiten Daten dezentral und unmittelbar am Entstehungsort, wodurch Risiken und Verzögerungen erheblich reduziert werden.

Technologische Schwerpunkte des Projekts sind die Miniaturisierung, Kostensenkung sowie die Steigerung der Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit intelligenter Sensoren. Das Fraunhofer IPMS trägt hierbei entscheidend mit seiner Expertise in miniaturisierten MEMS-Sensoren und integrierter Elektronik bei.

Konkret forscht der Institutsteil Integrated Silicon Systems des Fraunhofer IPMS in Cottbus an drei innovativen Ansätzen:

• Miniaturisierte Gasanalyse: Eine neue Generation von Ionenmobilitätsspektrometern (IMS), basierend auf dem FAIMS-Prinzip (Field Asymmetric-Waveform Ion Mobility Spectrometry), ermöglicht durch flexible Elektrodenanordnungen eine verbesserte Miniaturisierung bei gleichzeitig hoher Sensitivität für Schadstoffe in der Luft.

• Photodetektoren für NIR-Spektroskopie: Entwickelt werden verbesserte Al-TiN-Si-Schottky-Photodetektoren mit speziellen pyramidenförmigen Strukturen. Diese ermöglichen eine höhere Empfindlichkeit bei niedrigeren Herstellungskosten und eignen sich für Analysen im nahinfraroten Spektralbereich, beispielsweise bei der Material- und Verpackungsprüfung sowie im Recycling.

• Ultraschall-Bildgebung mittels CMUT-Sensoren: Kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT) bieten dank miniaturisierter Bauweise und hoher Empfindlichkeit präzise und schnelle sensornahe Datenauswertung. Mögliche Anwendungen reichen von detaillierten Analysen der Handbewegung bis hin zu nicht-invasiven Blutzuckermessungen.

Datenverarbeitung direkt am Sensor

„Mit der direkten Datenverarbeitung am Sensor schaffen wir die Grundlage für völlig neue Anwendungen, die auf Geschwindigkeit, Präzision und Datenschutz angewiesen sind“, erläutert Dr. Sebastian Meyer, Leiter des Fraunhofer IPMS-Standorts in Cottbus.

Die generierten Sensordaten werden anschließend von der TH Wildau und dem Leibniz IHP genutzt, um KI-Systeme für die Edge-Anwendungen zu trainieren und weiterzuentwickeln. Das Projekt „InSeKT“ verspricht somit bedeutende Fortschritte auf dem Weg zu intelligenteren und kompakteren Sensorsystemen. (heh)

Interview Stefan Finkbeiner, Bosch Sensortec

„Mit Edge-KI bleiben sensible Daten lokal auf dem Gerät“

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