Smart-Sensor-Systeme sollen unseren künftigen Alltag auf vier Arten verändern

Seit jeher versucht der Mensch, seine fünf grundlegenden Sinne technisch nachzubilden und zu verbessern, um seine Umwelt besser zu verstehen – bislang nur mit begrenztem Erfolg. Das Sehen sollen intelligente Überwachungs- und integrierte Bildgebungssysteme übernehmen. Für das Hören hat er intuitive, besonders intelligente und reaktionsschnelle akustische Sensoren entwickelt, die inzwischen in Smartphones, Tablets und anderen ausgefeilten Spracherkennungssystemen eingesetzt werden. Um die Präzision seines Tastsinns nachzubilden, stehen ihm mittlerweile zahlreiche intelligente Touchscreens und gestengesteuerte Geräte zur Verfügung, die allmählich auch im Bereich Augmented Reality (AR) auftauchen.

Die Liste reicht weiter bis zu weniger naheliegenden sensorischen Funktionen wie der Erfassung von Bewegung, Beschleunigung und biometrischen Merkmalen. Eigentlich fehlt nur noch der Bauplan für die erste vollständig selbstständige und funktionsfähige Robotermaschine. Das Bemerkenswerteste ist dabei allerdings wie so oft nicht das Endprodukt, sondern der Entwicklungsprozess, in dem aus einer einfachen Idee ein komplexes Sensorsystem entsteht.

Um einen einfachen, herkömmlichen Sensor von einem intelligenten Sensor unterscheiden zu können, braucht es etwas Hintergrundwissen. In dieser Betrachtung und Analyse konzentrieren wir uns ausschließlich auf intelligente Sensoren.

Was ist ein intelligenter Sensor?

Ein intelligenter Sensor enthält sämtliche Bestandteile eines herkömmlichen Sensors, darunter das Sensorelement, die Signalaufbereitung und die Verarbeitungseinheit. Zusätzlich haben ihm findige Schaltungsentwickler die Fähigkeit gegeben, Signale zu interpretieren und zu verarbeiten. Falls du dich fragst, wie das funktioniert: Ein integrierter Mikroprozessor ermöglicht es ihm, schlüssigere und „genauere“ Ergebnisse auszugeben.

Ein kurzer Vergleich macht den Unterschied deutlicher: Der einfache Thermostat im Kühlschrank deiner Küche ist in jeder Hinsicht ein Sensor. Viel mehr als die Stromzufuhr automatisch ein- und auszuschalten, leistet er allerdings nicht. Würdest du seine Feinabstimmung verändern, könnte er sogar genau das Gegenteil dessen tun, wofür er vorgesehen ist. Das ist ein herkömmlicher Sensor.

Wird dagegen beispielsweise der vorhandene Thermostat einer Zentrale für das Smart Home um einen passend integrierten Mikroprozessor ergänzt, wird daraus ein intelligenter Sensor. Er kann dann nicht nur die Temperatur „erfassen“ und regeln, sondern den Bewohnern auch „Lösungen“ und „Vorschläge“ anbieten.

Damit stellt sich für Interessierte vermutlich die Frage, wie eine Zukunft aussehen könnte, in der die heutige Technik intelligenter Sensorsysteme umfassend weiterentwickelt und in großem Maßstab eingesetzt wird. Falls dich dieser Gedanke beschäftigt, lehn dich zurück: Wir zeigen dir, welche unbegrenzten Möglichkeiten intelligente Sensoren in verschiedenen Bereichen des modernen Alltags eröffnen könnten.

1. Gesundheitswesen

Von „Wearables“ dürften wir wohl alle schon gehört und sie auch genutzt haben. Sie lassen sich durchaus als vorläufiger Höhepunkt der Sensortechnik bezeichnen. Inzwischen zeichnet sich allerdings eine neue Entwicklung ab, die über gewöhnliche Smartwatches und Fitnessarmbänder hinausgeht: Für Gesprächsstoff sorgt vor allem der Einzug von Wearables ins Gesundheitswesen. Gemeint sind nicht nur die schicken Armbänder von Fitbit oder Garmin Vivofit, die heutzutage beinahe jeder zu tragen scheint. Wirklich interessant ist der Einsatz intelligenter Sensorsysteme, um die häufigen Beschwerden zu lindern, mit denen wir uns Tag für Tag herumschlagen.

Ein Beispiel ist das innovative und besonders intuitiv bedienbare Quell Relief, das im Frühjahr des vergangenen Jahres (2015) angekündigt wurde. Das Gerät, das manche für eine gewöhnliche Kniebandage halten könnten, enthält eine Reihe von Sensoren, die mit einer zugehörigen App verbunden sind. Nutzer profitieren damit nicht nur von der schmerzlindernden Wirkung einer gut konstruierten Kniebandage, sondern auch von den Vorzügen eines intuitiven Produkts, das im Alltag stets zur Verfügung steht. Und das ist nur ein besonders anschauliches Beispiel für die erstaunlichen Möglichkeiten, die intelligente Sensoren dem Gesundheitswesen eröffnen.

Noch vor Kurzem stellte HealthPatch ein neues System vor, mit dem medizinische Fachkräfte die Vitalwerte ihrer Patienten aus der Ferne überwachen sollen. Wenn du so willst, entspricht das dem Fühlen, Hören und Beobachten – nur auf elektronischem Weg. Das betreffende „Gesundheitspflaster“ ist im Wesentlichen ein wiederverwendbarer Biosensor, der EKG-Elektroden mit dreiachsigen Beschleunigungssensoren kombiniert. Er soll wichtige Informationen wie Atmung, Herzfrequenz, Temperatur und sogar die Körperposition eines Patienten erfassen. Die gesammelten Daten werden anschließend an die behandelnde medizinische oder pflegerische Fachkraft übermittelt, die entsprechend reagieren kann. Würde ein solches intelligentes Sensorsystem vollständig entwickelt, ließen sich unnötige stationäre Versorgungskapazitäten einsparen. Diese wertvollen Ressourcen könnten stattdessen Patienten zugutekommen, die tatsächlich rund um die Uhr eine intensive Betreuung vor Ort benötigen.

Die Liste ließe sich endlos fortsetzen. Fortschrittliche Systeme wie die diagnostische Bildgebung und digitale Gesundheitsanwendungen sind dabei noch gar nicht erwähnt. Ein Beispiel sind die Google Smart Contact Lenses. Erinnerst du dich, wie Menschen mit Diabetes vor Jahren alle zwei Wochen unangenehme Blutzuckermessungen über sich ergehen lassen mussten? Wenn Googles jüngste innovative Vorhaben im Gesundheitsbereich ein Anhaltspunkt sind, könnte das bald der Vergangenheit angehören. Der große US-Technologiekonzern hat sich mit dem Schweizer Pharmaunternehmen Novartis zusammengetan, um Kontaktlinsen für Menschen mit Diabetes zu entwickeln. So ungewöhnlich es klingt: Die Linsen sollen die Tränenflüssigkeit eines Patienten analysieren und daraus dessen Glukosespiegel abschätzen, und zwar präzise. Google arbeitet zwar noch an der Feinabstimmung dieser außergewöhnlichen Innovation. Doch sollte das Projekt vollständig entwickelt werden, würde es unbestreitbar zahllose Möglichkeiten eröffnen – etwa die Fähigkeit eines Auges wiederherzustellen, automatisch scharf zu stellen.

Weiter geht es mit der Medien- und Unterhaltungselektronikbranche, die gleichermaßen geliebt und gehasst wird.

2. Kommunikation

Wir leben in einer Welt, die von Kommunikation und Datenströmen lebt und sich um sie dreht. Das ist auch ein Grund dafür, dass du genau jetzt diesen Blog liest. Wenn es also einen Bereich gibt, in dem die Erwartung und Vorhersage einer spürbaren Revolution durch intelligente Sensoren besonders gewagt erscheint, dann ist es die Unterhaltungs- und Kommunikationselektronik.

Erste Ergebnisse sind bereits zu sehen. Als ich zuletzt nachgesehen habe, brauchte ich keinen von Hand eingegebenen Code mehr, um mein iPhone zu sperren und zu entsperren: Mein Smartphone erkennt mich, entweder per Gesichtserkennung oder Fingerabdruckscanner. Auch ein Kabelgewirr – das übrigens gefährlich ist – benötigte ich nicht mehr, um „Kabelfernsehen“ zu schauen. Eine zusätzliche Fernbedienung zum Umschalten brauche ich ebenfalls nicht mehr. Warum sollte man ständig eine verlegte Fernbedienung suchen, wenn der Infrarotsender an der Oberseite meines Smartphones denselben Zweck erfüllt?

Noch gar nicht berücksichtigt ist dabei die Bewegungs- und Gestensteuerung, die allmählich unseren Umgang mit Geräten verändert. Während weltweit führende Elektronikhersteller wie Samsung und Sony an bewegungsgesteuerten Smart-TVs arbeiten, sucht das taiwanische Branchenurgestein HTC nach Wegen, sein erwartetes Flaggschiff M10 weiterzuentwickeln. Es soll mindestens eine schicke, spielerische Funktion zum Entsperren per Bewegung erhalten. Auch Apple ist mit seinen enormen finanziellen Mitteln nicht untätig geblieben. Was das iPhone 10s in fünf Jahren können wird, muss sich erst zeigen. Vielleicht tippt es sogar selbstständig Nachrichten, ohne auf deine Spracheingabe angewiesen zu sein, oder liest die Gedanken unseres Gegenübers! Die brandneue, prestigeträchtige Lumia-950-Reihe bietet übrigens bereits eine Iriserkennung. Welche Art von Mobiltelefonen wir 2050 haben werden, wird erst die Zeit zeigen.

Und darüber hinaus …

Die wohl bedeutendste Veränderung, die viele unvorbereitet treffen dürfte, ist die allmählich an Fahrt gewinnende Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. Menschen waren lange stolz darauf, die einzigen Wesen zu sein, die verständlich kommunizieren und Ideen austauschen können. Würde es dich nicht etwas beunruhigen, wenn du morgen aufwachtest und deine Mikrowelle dabei ertapptest, wie sie anzügliche Nachrichten mit deinem Kühlschrank oder Smart-TV austauscht? Von den Telemetriesystemen, die als Wegbereiter künftiger autonomer Fahrzeugsteuerungen gelten, will ich gar nicht erst anfangen. Du hältst das für unmöglich? Hast du schon einmal mit dem NFC-Sensor deines Smartphones Waren oder Dienstleistungen bezahlt? Genau das ist eine der Grundlagen, auf denen das Prinzip der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation aufbauen wird.

Vor einigen Jahren stellte ein kleines Tech-Start-up aus Afrika, genauer gesagt aus Kenia, ein Modell für ein intelligentes Gewächshaus vor. Es beeindruckte Investoren, brachte einige von ihnen allerdings auch zum Augenrollen. Das gesamte Konzept wurde mithilfe von Biosensoren automatisiert und über eine robuste WLAN-Verbindung vernetzt. Der durchdachte Aufbau sollte es beispielsweise Landwirten in ländlichen Gebieten ermöglichen, den Betrieb und die jeweiligen Bedingungen auf ihren Höfen aus der Ferne zu überwachen. Viel Zeit für sonst alltägliche Arbeiten wie Bewässerung sowie die Regelung von pH-Wert und Temperatur wäre damit nicht mehr nötig. Das Modell zeigt, wie weit sich Kommunikation ausdehnen lässt, wenn es gelingt, unsere bereits modernen und hocheffizienten Kommunikationsstrukturen mit der Vielzahl neu entstehender intelligenter Sensorsysteme zu verbinden.

3. Verkehr

Wie wir uns im Alltag fortbewegen, sagt unbestreitbar etwas über uns aus. Deshalb liefern sich die größten Akteure der Automobilindustrie ein Rennen darum, noch vor Ende des ersten Viertels des 21. Jahrhunderts das intelligente Auto der nächsten Generation auf den Markt zu bringen. Gemeint sind hier weder Autos mit selbsttätig auslösenden Airbags noch solche mit ausgefeilten Sensoren zum Rückwärtseinparken. Diese Funktionen sind allenfalls ein Anfang und lassen sich heutzutage kaum noch als intelligentes Sensorsystem bezeichnen.

Es geht um etwas Größeres: selbstfahrende Fahrzeuge.

Google hat sich seinen repräsentativen Firmensitz im kalifornischen Mountain View bereits dadurch verdient, dass es der Konkurrenz mit dem ersten vollwertigen und vielversprechenden Konzept für ein autonomes Auto weit voraus ist. Während Tesla und Apple noch versuchen aufzuholen, halten sich Gerüchte, dass der japanische Autokonzern Toyota und die deutschen Perfektionisten von Mercedes-Benz ebenfalls einiges vorbereiten.

Zwar dürften zahlreiche Sicherheitsvorschriften und Bedenken die Entwicklung des autonomen Fahrens in den nächsten 100 Jahren ausbremsen und auf Eis legen. Dennoch besteht kein Zweifel daran, dass eine Vielzahl intelligenter Sensoren die Grundlage des weltweit ersten selbstfahrenden Autos bilden wird.

4. Verteidigung und Militär

Die politische und wirtschaftliche Weltlage wird von Tag zu Tag instabiler. Beispiele dafür sind Syrien, Nordkorea und Osteuropa, um nur einige zu nennen. Seit der Entdeckung und Entwicklung nuklearer Sprengköpfe haben die Supermächte ihre Auseinandersetzungen buchstäblich auf eine ganz neue Ebene gehoben. Im jüngsten Wettstreit geht es um intelligente Sensorsysteme, die einen sich anbahnenden militärischen Angriff erkennen und „erschnüffeln“ können, noch bevor er stattfindet. Sie sollen nicht nur von Flugzeugen eingesetzte Anti-Radar-Raketen aufspüren, sondern auch feindliche Stellungen genau orten und präzise treffen, um so Kollateralschäden zu vermeiden.

„In der modernen Kriegsführung der Zukunft entscheidet nicht die schiere militärische Stärke, sondern der intelligente und strategische Einsatz konzentrierter Kräfte.“

Die militärische Nutzung zeichnet sich bereits ab: Die USA, deren Militärbudget die Ausgaben Südkoreas, Großbritanniens und Frankreichs zusammen übersteigt, arbeiten Berichten zufolge an einem System für den militärischen Einsatz von Smart Dust. Es nutzt ein unsichtbares Funknetz aus Sensoren im Nanomaßstab, die informell als „Motes“ bezeichnet werden. Offenbar sollen diese Motes von unbemannten Fluggeräten über Kriegsgebieten verstreut werden, um unbemerkt Informationen über den Gegner zu sammeln. Ein Freibrief für Spionage in einer neuen Dimension!

Fazit