SENSOREN ÜBERALL Sinnesorgane der Digitalisierung - THEMEN-REPORT - Land Oberösterreich
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THEMEN- REPORT SENSOREN ÜBERALL Sinnesorgane der Digitalisierung
INHALTSVERZEICHNIS
Einleitung ................................................................................................................................................... 3
1. Sensoren im Überblick ..................................................................................................................... 5
1.1. Sensoren, Funktionsweise und Beispiele ............................................................................................ 6
RFID-Sensoren .................................................................................................................................... 6
Temperatursensoren ............................................................................................................................ 6
Feuchtigkeitssensoren ......................................................................................................................... 6
Drucksensoren ..................................................................................................................................... 6
Gassensoren ........................................................................................................................................ 7
Optische Sensoren .............................................................................................................................. 7
Akustische Sensoren ............................................................................................................................ 7
Flüssigkeitssensoren / Füllstandssensoren ........................................................................................... 8
Beschleunigungssensoren / Vibrationssensoren / Lagesensoren .......................................................... 8
Passive Bewegungssensoren .............................................................................................................. 8
Durchflusssensoren ............................................................................................................................ 8
Stromsensoren / Hall-Sensoren ........................................................................................................... 8
Biosensoren ........................................................................................................................................ 8
2. Anwendungsbereiche ....................................................................................................................... 9
2.1. Wohnen ................................................................................................................................................ 9
2.2. Umwelt ................................................................................................................................................. 12
Landwirtschaft ........................................................................................................................................ 13
2.3. Wirtschaft ............................................................................................................................................ 16
2.4. Sicherheit ............................................................................................................................................ 18
2.5. Mobilität ............................................................................................................................................... 19
Öffentlicher Verkehr ............................................................................................................................ 19
Motorisierter Individualverkehr ............................................................................................................ 20
2.6. Gesundheit .......................................................................................................................................... 22
3. Sensorzukunft Oberösterreich ........................................................................................................ 25
3.1. Ausgangslage – Unternehmen und Forschung ..................................................................................... 25
3.2. Impulse für Oberösterreich ................................................................................................................... 28
4. Quellenverzeichnis ............................................................................................................................ 30
2
Quelle: ©bigpa - stock.adobe.com
Vernetzung
in der digitalen
Welt
EINLEITUNG
Elektronische Bauteile werden immer leistungsfähiger, zugleich billiger, kleiner und flexibler. Der
Einzug der Elektronik in die unterschiedlichsten Bereiche unseres Lebens beschleunigte sich in
den vergangenen Jahren und mündet nun in einer zunehmenden digitalen Vernetzung der einzel-
nen Komponenten.
Es wird vom Internet der Dinge (IoT = engl. In-
ternet of Things) gesprochen, von der vernetzten
Industrie 4.0, vom automatisierten Smart Home,
von selbstfahrenden Fahrzeugen, die unterein- Damit Maschinen ihre
ander (car2car) und mit ihrer Umgebung (car2in-
frastructur) kommunizieren, bis hin zur digitalen Umwelt erfassen
Selbstüberwachung.
und Veränderungen
Damit Maschinen ihre Umwelt erfassen und Ver-
änderungen wahrnehmen können, brauchen sie wahrnehmen können,
Sensoren – die „Sinnesorgane“ der digitalen
Welt. Die kleinen elektronischen Bauteile messen
brauchen sie Sensoren -
Temperatur, Feuchte, Helligkeit, Druck, Abstand
und vieles mehr. Auf eine Wertveränderung oder
die „Sinnesorgane“
bestimmte Abweichungen von einem Sollwert kann der digitalen Welt.
in automatisierten vernetzten Systemen rasch und
ohne weiteres Zutun des Menschen reagiert wer-
den.
3
Quelle: privat
In diesem Report rücken wir die kleinen elektroni-
schen Beobachter in den Fokus. Welche Arten von
Sensoren gibt es und wie funktionieren sie? Wel-
che zukünftigen Einsatzgebiete sind zu erwarten?
Wir sind schon jetzt
Wir sind schon jetzt umgeben von einer Vielzahl
umgeben von einer von Sensoren, die uns unterstützen und in vielfäl-
tiger Form unser Leben angenehmer und siche-
Vielzahl von Sensoren, rer machen: im eigenen Wohnbereich und bei der
Mobilität, in Handel und Industrie, beim Umwelt-
die uns unterstützen zustandsmonitoring oder bei der Vitalparameter-
und in vielfältiger Form Überwachung. Intensive Forschungen und eine
starke Industrie im Bereich Sensortechnik sind für
unser Leben angenehmer das Land Oberösterreich ein Garant für Zukunfts-
orientierung und Innovation. Sensoren sind ein
und sicherer machen. bestes Beispiel für technologische Entwicklungen,
die Gesellschaft und Wirtschaft prägen und unsere
Zukunft maßgeblich beeinflussen. „Klein, aber oho!“
– treffender können Sensoren nicht beschrieben wer-
den.
4
• Feuchtigkeit
• Temperatur
• Biochemie
• Radiowellen
• Gas
• Flüssigkeit
• Licht (sichtbar/unsichtbar)
• Beschleunigung
• Vibration
• Bewegung
• Lage
• Strom
• Schall
• Druck
Veränderungen,
die Sensoren
wahrnehmen
können
1. SENSOREN IM ÜBERBLICK
Mit Sensoren (von lat. sentire = fühlen) werden Messfühler bezeichnet, die physikalische oder
chemische Parameter registrieren. Sie nehmen den Ist-Wert auf und geben ihn zur Datenverarbei-
tung weiter. Nun wird der gemessene Wert mit einem Soll-Wert samt etwaiger Toleranz verglichen.
Bei zu großen Abweichungen kommt es zu einem Alarm. In einem automatisierten System starten
Mechanismen zur Wiedererreichung der vordefinierten Messwertspanne, die nach Übereinstim-
mung von Ist- und Soll-Wert wieder deaktiviert werden.
Ein einfaches Beispiel ist das Heizkörperthermos- 1.1. Sensoren, Funktionsweise
tat: bei Unterschreitung der gewünschten Raum- und Beispiele
temperatur schlägt der Temperatursensor an, der
Heizkörper erwärmt sich. Sensoren gibt es für das Erfassen einer Vielzahl
Andere Sensorarten werden beispielsweise in der von Parametern. Messwerte von digitalen Syste-
Logistik zur Überwachung der Warenbewegungen men können direkt per Computer weiterverarbeitet
verwendet oder sie begegnen uns auch in handels- werden, bei analogen Messwerten erfolgt die „Über-
üblichen Scannern - im Multifunktionsgerät genau- setzung“ in einem zwischengeschalteten Analog/
so wie in der Supermarktkassa. Digital-Wandler. Die gängigsten Sensoren, ihre
5
RFID-Sensoren
Quelle: Grika - commons.wikimedia.org; CC BY 2.5
Gas-Sensor
(z.B. für Methan) Druck-Sensor
Quelle: Drahkrub - commons.wikimedia.org; CC BY-SA 3.0 Quelle: Medvedev - commons.wikimedia.org; CC BY-SA 3.0
Funktionsweise und Anwendungsbeispiele fassen Für die meisten Anwendungen eignen sich Platin-
wir nachfolgend kurz zusammen. Widerstandsthermometer, deren elektrischer Wi-
derstand sich linear zur Temperaturerhöhung ver-
RFID-Sensoren ändert. Daraus lässt sich die absolute Temperatur
RFID steht für radio-frequency identification und ableiten. Temperatursensoren sind grundlegend
meint die kontaktlose Übertragung von Identifika- für die automatisierte Heizungs- und Beschat-
tionsdaten. Der Sensor kommuniziert über Entfer- tungssteuerung in einem Smart Home.
nungen von wenigen Zentimetern bis zu ca. 200 m
mit einem RFID-Chip, erhält Informationen und Feuchtigkeitssensoren
gibt diese an das System weiter. Beispiele für Zur Messung der Feuchtigkeit in einem Stoff oder
die Verwendung von RFID-Sensoren finden sich auch in der Luft wird die Kapazitätsveränderung
im Lagerwesen zum Erfassen des Waren- von zwei Metallplatten in einem Kondensator, zwi-
bestandes, als Diebstahlschutz im Handel oder schen denen sich ein feuchtigkeitsbindendes Ma-
auch zur Personenidentifikation in Ausweisen. terial befindet, herangezogen. Die Überwachung
der Luftfeuchte in Innenräumen hilft bei der Ver-
Temperatursensoren meidung von Schimmelbildung, moderne Wasch-
Es gibt unterschiedliche Arten, wie Wärme oder Trockner bestimmen den optimalen Feuchtegehalt
Kälte mit Hilfe von elektronischen Bauteilen ge- der Wäsche und auch in der Medizintechnik, etwa
messen werden kann. Für hohe Temperaturen bei Beatmungsgeräten, werden Feuchtigkeits-
über 300 °C werden Thermoelemente verwendet, sensoren eingesetzt.
die Temperaturdifferenzen messen. Thermisto-
ren sind Halbleiter-Sensoren, die in einem einge- Drucksensoren
schränkten Temperaturbereich ihren Widerstand Drucksensoren messen die Kraft, die eine Flüs-
entweder bei Kälte („Wärmeleiter“) oder Wärme sigkeit, ein Gas oder ein Festkörper auf eine Flä-
(„Kälteleiter“) erhöhen. che ausübt. Membranen, sogenannte Dehnungs-
messstreifen, verändern durch den einwirkenden
Druck ihren elektrischen Widerstand. Zum Einsatz
kommen sie bei der Reifendrucküberwachung
6
Verschiedene optische Sensoren
Quelle: vic - commons.wikimedia.org
Geöffnete Kapsel eines
Konzertmikrofons
Quelle: privat
oder in Personenwaagen, bei der Druckmessung Optische Sensoren
in Industrieanlagen oder auch in der Luft- und Aktive optische Sensoren verfügen über einen
Raumfahrttechnik. Sender, der Wellen im sichtbaren oder unsicht-
baren Bereich aussendet. Bei Lichtschranken re-
Gassensoren agiert der Sensor auf Unterbrechungen des Licht-
Sie reagieren auf die chemische Zusammenset- strahls, bei Reflexionsmodellen auf die reflektierte
zung eines gasförmigen Mediums (z.B. der Um- Strahlung des Messobjekts. Passive Sensoren sen-
gebungsluft), um etwa bei Sauerstoffmangel, Ver- den selbst keine Strahlung aus.
giftungs- oder Explosionsgefahr anzuschlagen.
Elektrochemische Sensoren funktionieren ähn- Im täglichen Leben kommen wir mit Lichtschranken
lich einer Batterie mit mindestens zwei Elektro- zum Beispiel bei automatischen Türen oder beim För-
den. Verändert sich die Konzentration eines be- derband an der Supermarktkassa in Berührung.
stimmten Gases, verändert sich die Stärke des
elektrischen Signals. Da bestimmte Gase Strah- Akustische Sensoren
lung absorbieren, wird auch Infrarot zur Konzen- Schallsensoren und Mikrofone nehmen Geräu-
trationsmessung etwa von Kohlenwasserstoffen sche über eine Membran wahr, die beim Auftreffen
herangezogen. Für Messungen von sehr gerin- von Schallwellen ihre Lage verändert. Über eine
gen Gaskonzentrationen werden PID-Sensoren Spule und einen Magneten wird eine elektrische
mit UV-Lampen verwendet. PID steht für Photo- Spannung induziert und der entsprechende Mess-
ionisationsdetektor, d.h. die Gasmoleküle werden wert registriert. Bei anderen Bauformen wird der
im Sensor ionisiert. Über die Stärke des erzeugten Widerstand oder die Kapazität verändert. Aktive
Stromes können wiederum Rückschlüsse auf die akustische Sensoren senden Schallwellen aus,
Gaskonzentration gezogen werden. messen auftretende Reflexionen und Beugungen.
Dadurch können Rückschlüsse auf Objekte oder
In oberösterreichischen Neubauten sind Rauchmel- Geschwindigkeiten geschlossen werden.
der seit 2013 verpflichtend vorgeschrieben. Bei Gas-
thermen und -heizungen empfiehlt sich zudem die
Verwendung von Kohlenmonoxid-(CO)-Sensoren.
7
Hall-Sensor
Quelle: Mennopeeren -
commons.wikimedia.org;
CC BY-SA 3.0
Passiver Bewegungssensor
Quelle: oomlout –
www.flickr.com; CC BY-SA 2.0
Flüssigkeitssensoren / Füllstandssensoren Volumenstrom wird beispielsweise über die Lage-
Zum Detektieren von Füllstandshöhen, etwa in veränderung eines Schwebekörpers bestimmt oder
Getränke- oder Lebensmittelbehältern, aber auch auch über die Drehgeschwindigkeit eines verbauten
für eine rasche Alarmierung im Falle einer Lecka- Flügelrads.
ge, kommen Flüssigkeits- bzw. Füllstandssenso-
ren zum Einsatz. Sie funktionieren zum Beispiel Zur Anwendung kommen Durchflusssensoren etwa
kapazitiv wie die bereits beschriebenen Feuchtig- bei der kommunalen Wasserversorgung und bei Hei-
keitssensoren, optisch über die Registrierung von zungsanlagen. Auch mass air fluid-Sensoren, wie sie in
Lichteinfallsveränderungen oder sie messen die Luftmassenmessern in Autos mit Verbrennungsmoto-
Laufzeit eines ausgesendeten Ultraschallsignals. ren zur Steuerung des richtigen Kraftstoff-Sauerstoff-
Verhältnisses verbaut sind, zählen dazu.
Beschleunigungssensoren /
Vibrationssensoren / Lagesensoren Stromsensoren / Hall-Sensoren
Diese im Objekt verbauten Sensoren nehmen Die Messung des elektrischen Stroms, z.B. zur
dreidimensional Lageveränderungen wahr. Sie Überwachung des Energieverbrauchs, aber auch
messen die Schwerkraft und reagieren auf exter- für Steuerungsprozesse oder zur Verhinderung
ne Beschleunigungen. Beschleunigungssensoren von Überlastungen des Stromnetzes, erfolgt meist
haben wir im Smartphone und in Navigationsgerä- berührungslos über die Erfassung des elektrischen
ten, sie überwachen Brückenpfeiler und lösen Air- Magnetfeldes, das um einen stromdurchflossenen
bags aus. Leiter entsteht (Hall-Sensoren). Stromsensoren
können aber auch direkt als Widerstand im Strom-
Passive Bewegungssensoren leiter verbaut sein.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Beschleu-
nigungssensoren sind passive Bewegungssensoren Biosensoren
außerhalb des Messobjektes montiert und reagieren Biologische Bestandteile, wie Enzyme, Mikroorganis-
auf Wärmeveränderungen im Umfeld. Meist sind Be- men, DNA oder Antikörper, reagieren auf die Zusam-
wegungssensoren mit einer Lampe verbunden und mensetzung des zu untersuchenden Mediums (z.B.
schalten, wie bei vielen Hauszugängen, das Licht Wasser, Boden oder Luft). In einem direkt angren-
ein, sobald eine Person sich nähert. Sie können aber zenden physikalischen Sensor wird die biochemische
zum Beispiel auch mit einem Alarmsystem verbun- Veränderung in ein elektrisches Signal umgewandelt
den werden. und zur Auswertung weitergegeben. Biosensoren
werden in der Lebensmitteltechnologie, Medizintech-
Durchflusssensoren nik oder in der Umweltanalytik verwendet, z.B. zur
Die Durchflussmengen von Gasen oder Flüssigkeiten Überwachung von Trinkwasser oder des Glukose-
werden mit einem Durchflusssensor überwacht. Der spiegels von Diabetes-PatientInnen.
8
Quelle: tanoy1412 -
stock.adobe.com
Zugang
mittels
Fingerprint
2. ANWENDUNGSGEBIETE
So unterschiedlich die Ausgestaltung und Funktionen von Sensoren sind, so unterschiedlich sind auch
ihre Anwendungsbereiche. Mit Sensoren nehmen Maschinen ihre Umgebung wahr, d.h. sie registrieren
Messwerte, die in einer verbundenen Recheneinheit ausgewertet werden und eine entsprechende Re-
aktion auslösen. Die nachfolgend vorgestellten sechs Bereiche sind von Sensoren bereits geprägt und
greifen für viele unbewusst in das alltägliche Leben ein – sie unterstützen und steuern, sie verbessern
und retten Leben. Genaue Sensoren, leistungsstarke Rechner, intelligente Algorithmen in einem vernetz-
ten und automatisierten System – so sieht die Zukunft aus!
2.1. Wohnen
Schon lange unterstützen uns Sensoren in unse- Ob Haus oder Wohnung, kein Haushalt kommt
rem Heim, man denke nur an Lichtsteuerungen heute noch ohne Sensortechnik aus. Relativ simp-
mittels Bewegungsmeldern oder Temperatursenso- le und schon lange gebräuchliche Geräte sind etwa
ren für das Heizen. Rasante technologische Ent- die Personenwaage, der Händetrockner oder die
wicklungen erweitern das Feld praktikabler Anwen- (Funk-)Wetterstation. Ein mittlerweile vermehrt ver-
dungen und machen in weiterer Konsequenz ein wendetes System ist jenes der Zugangssensoren,
smartes, sensorengestütztes Zuhause wohl zum die das Türöffnen mittels biometrischer Daten wie
Standard der Zukunft. des Fingerprints bewerkstelligen. Geheizt wird ge-
stützt auf Außen- und Innentemperatursensoren,
Beleuchtungen arbeiten mit Hilfe von Licht- oder
9
Im Zentrum smarter Bewegungssensoren und Stromsensoren checken
den Stromverbrauch. Kohlenmonoxid-, Gas- und
Steuerungen stehen die Rauchmelder helfen Gefahren vermeiden. Ventila-
torensteuerung und Klimaanlagen funktionieren auf
Verbesserungen von Lebens- Basis der Sensormessungen von Luftfeuchte und
Luftqualität, Thermostate und Hitzemelder brauchen
und Wohnqualität, der Temperatursensoren und Jalousien- und Rollladen-
steuerungen reagieren mit Hilfe von Sensoren auf
Betriebs- und Einbruch- Regen, Wind, Sonneneinstrahlung und/oder Tempe-
ratur.
sicherheit und der Energie-
Weiter entwickelte Systeme sollen nicht nur praktika-
effizienz, wovon nicht bel sein, sondern haben vor allem auch Energie- bzw.
zuletzt ein ökonomischer Ressourceneffizienz im Fokus. Beispiele sind das
automatische Abschalten von Licht, Herd o.dgl. und
und ökologischer Nutzen das Abschalten der Heizung bei länger geöffneten
Fenstern, das von Sensoren in den Fenstern erkannt
erwartet wird. wird. Verbrauchssensoren, z.B. Strom-, Gas- und
Wassersensoren, können kombiniert werden und so
den Energie- oder Wasserverbrauch optimieren.
10Vernetzte
Hausautomation
in einem
Smart Home
men arbeitet, die miteinander „kommunizieren“ und
handeln, sondern auch das selbständige Wohnen
mit Handicap durch sogenanntes Ambient Assis-
ted Living (AAL), also umgebungsunterstütztes
Wohnen, zusehends leichter möglich wird. Von den
klassischen Bequemlichkeits- und Sicherheitsfunk-
tionen wie automatisch abschaltende Küchenge-
räte oder Beleuchtungen bis hin zur Überwachung
von Vitalfunktionen und der Kommunikation mit
„draußen“ – Sensortechnik wird dabei durchwegs
gebraucht.
Spezielle AAL-unterstützende Sensortechnik wird
z.B. bei der Sturzerkennung eingesetzt. Druck-
sensoren in Böden, Infrarotsensoren, Luftdruck-,
(3D-)Beschleunigungs- und Ultraschallsensoren
Quelle: @Gorodenkoff – stock.adobe.com
erkennen, ob jemand am Boden liegt bzw. ob all-
tägliche Bewegung im Raum gegeben ist. Bewe-
gungsmelder geben Bescheid, wenn sich im Wohn-
raum, z.B. im Bad oder im Schlafzimmer, länger
niemand bewegt. Bettbelegungssensoren, bspw.
als Funksensoren, können auffällige oder länger
fehlende Bewegungsmuster im Bett erkennen, soll-
te eine Person etwa kollabiert, aus dem Bett oder
auf dem Weg ins Bad gestürzt sein. Mittels Sen-
soren in Wearables werden Vitalfunktionen regel-
mäßig erhoben und können bei Bedarf nicht nur
gespeichert, sondern an Arzt bzw. Ärztin oder Pfle-
gezentrum übermittelt werden.
Damit ist der Schritt zum Smart Home getan, das
mit zunehmender Digitalisierung Einzug in Haushal-
Sowohl Smart Home als auch AAL werden stark
te hält. Smart Home steht für ein informations- und
beforscht, es gibt stetig neue Entwicklungen, auch
sensortechnisch aufgerüstetes, in sich selbst und
in der Sensortechnologie. Ein Beispiel ist das pra-
nach außen vernetztes Zuhause.1 Viele mit unter-
xisorientierte Forschungsprojekt SENSHOME2,
schiedlichsten Sensoren erhobene Daten werden
das im Rahmen des Kooperationsprogramms IN-
gespeichert und mittels spezifisch programmierter
TERREG Italien-Österreich von der EU kofinanziert
Software abgebildet, verarbeitet und analysiert.
wird. Es fokussiert auf ein autonomes Leben für
Über eine eigene Schnittstelle kann das System via
Menschen mit Behinderung, speziell mit autismus-
Internet, also auch von außer Haus, eingesehen,
bedingten Beeinträchtigungen. Kern des Projektes,
kontaktiert und z.B. mittels Apps gesteuert werden.
das bis März 2022 läuft, ist die Entwicklung und
Im Zentrum stehen dabei die Verbesserung von
Anwendung intelligenter Sensoren bzw. passiver
Lebens- und Wohnqualität, der Betriebs- und Ein-
Sensoren-Netzwerke, die Eigenständigkeit fördern
bruchsicherheit und der Energieeffizienz, wovon
und Gefahren automatisch erkennen und melden.
nicht zuletzt ein ökonomischer und ökologischer
Nutzen erwartet wird.
Der Megatrend Digitalisierung hat mit sich ge-
bracht, dass nicht nur die klassische Hausauto- 1
https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/smart-home-54137
mation mittlerweile mit vernetzten (Sensor-)Syste- 2
https://senshome.projects.unibz.it/it/home-de/
11Wetter: Lufttemperatur, relative Feuchtigkeit,
Luftdruck, Sonnenstrahlung, Windrichtung und
-geschwindigkeit, Niederschlagsintensität und
-menge, Strahlung, Blitzeinschläge,...
Licht: Sonnenstrahlung, Lichtstärke/-intensität,
Lichtqualität, Spektralanteile u.dgl.
Quelle: Shyamal - commons.wikimedia.org
Luft/Atmosphäre: Luftgüte, Gehalt an CO2 und
Stickoxiden, Feinstaub, Luftfeuchtigkeit und
-druck, Temperatur, Wind, Pollen u.dgl.
Wasser/Gewässer: Wasserqualität, -tempera-
tur, Salzgehalt, elektrische Leitfähigkeit, Wasser-
stand, Sauerstoff-, CO2-Gehalt, pH-Wert u.dgl.
Schnee/Eis/Gletscher: Mächtigkeit, Schichten,
Fledermaus-Detektor
Schadstoffe, Dichte u.dgl.
Boden: Güte, Schadstoffbelastung, Feuchte und
Speichervermögen, Lehmanteil, pH-Wert, etc.
2.2. Umwelt Wild-, Haus- und Nutztiere: Bewegung, Kör-
pertemperatur, Puls, Nahrungsaufnahme, etc.
Der Einsatz von Sensoren in der Umweltzustands-
überwachung ist schon lange Usus, man denke Wild-, Zier- und Nutzpflanzen: Wasser- und
nur an die Messung von Luftdruck oder Wasser- Nährstoffaufnahme, Schadstoffbelastung, Wachs-
temperatur. Allerdings werden ihre Anwendungsbe- tum, Bodenansprüche u.dgl.
reiche immer vielfältiger und ihre Messungen im-
mer präziser. Klima, Luft, Boden, Wasser, Eis oder Auch das Umweltzustandsmonitoring erfährt mit
Lärm – der messbaren Parameter gibt es viele, der Digitalisierung die rasante Weiterentwicklung
die gesammelten und verarbeiteten Datenmengen von Datenspeicherung, -verarbeitung und -aufbe-
werden immer größer. reitung. Stand der Technik werden dadurch zuneh-
mend intelligente Sensoren – sog. smarte Senso-
Umweltmessungen und Klimamonitoring sind heu- ren. Das sind solche, die Messgrößenerfassung,
te nicht mehr nur Themen im Umweltschutz i.e.S. Signalaufbereitung und -verarbeitung in einem
sondern z.B. auch im Klimaschutz und in den Zu- Gehäuse vereinigen. Das heißt, sie erfassen die
kunftsfeldern der Ernährungssicherung, nämlich in physikalischen Größen, verarbeiten diese gemäß
Präzisionslandwirtschaft, Urban Farming und Verti- Vorgaben und geben die Ergebnisse als digitale
kal Farming, unverzichtbar. Information aus. Sie erledigen komplexe Aufgaben
also ohne externe Rechner und können, mit unter-
Was können Umweltsensoren messen? schiedlichsten Schnittstellen versehen, einen kon-
Alle Sensoren erheben physikalische oder che- taktlosen Datenaustausch ermöglichen.3/4 Schon
mische Daten. Dabei kann grundsätzlich unter- heute kommen im privaten Bereich, in Forschung
schieden werden zwischen Sensortechnik, die in und Lehre, in Industrie und Produktion etc. häufig
der abiotischen Umwelt, wie z.B. Licht, Luft oder smarte Umweltsensoren zum Einsatz.
Wasser und jene, die in der biotischen Umwelt, 3
https://de.wikipedia.org/wiki/Smart-Sensor
also bei Tieren und Pflanzen, eingesetzt wird. 4
https://www.itwissen.info/smart-sensor-Intelligenter-Sensor.html
12Drohne scannt
ein Feld
Quelle: ©Monopoly919 - stock.adobe.com
Beispiele aus dem Artenschutz sind Fledermaus- ten (z.B. Porengrößen, Humusgehalt, pH-Wert,
detektoren und Geräte zur automatisierten Auf- Wasserkapazität) und Nährstoffgehalte einzelner
nahme von Fledermausrufen. Fledermäuse orien- Teilbereiche der Agrarflächen werden mit Hilfe von
tieren sich mit Hilfe von Echo-Ortung. Ihre Rufe Sensoren in Echtzeit ermittelt, computerunterstützt
liegen im Ultraschallbereich und sind für das ausgewertet und die Betriebsmittel zielgerichtet,
menschliche Ohr nicht hörbar. Fledermausdetekto- bestenfalls automatisiert (vermehrt auch mit Droh-
ren machen auf Basis von akustischen Sensoren nen) ausgebracht. Auch die Routen von (automa-
in Mikrofonen die Ultraschallrufe für den Menschen tisierten) Agrarmaschinen werden optimiert – effi-
hörbar. Automatische Aufnahmegeräte erfassen zienteres Wenden und geringere Überlappungen
die Fledermausrufe mittels Sensoren und zeichnen reduzieren Arbeitszeit und Treibstoffeinsatz.5 In
sie in hoher Qualität auf, was eine spätere Analyse ähnlicher Weise werden der Bedarf und der Zu-
der Rufe am Computer erlaubt. Mit der Auswertung stand einzelner Tiere in größeren Herden ermittelt
der Rufmerkmale kann das Vorkommen vieler Fle- und die Fütterung pro Tier wird dementsprechend
dermausarten festgestellt werden. Darüber hinaus optimiert.“6
sind Rückschlüsse auf die Fledermaus-Aktivität an
bestimmten Standorten und fallweise auf bestimm- Die notwendigen Messungen und verwerteten
te Verhaltensweisen (durch Sozialrufe oder Jagd- Daten fußen auf komplexer Sensortechnik. Ein
ruf-Sequenzen) möglich. Beispiel ist der Bodensensor. Er erhebt Daten wie
Leitfähigkeit, Farbe, pH-Wert oder Feuchtigkeit.
Landwirtschaft Daraus lassen sich die nutzbare Feldkapazität
Der Einsatz von Sensoren in der Landwirtschaft und adäquate Bewirtschaftungen ableiten. Es ent-
hat bereits lange Tradition. Neben Sensoren zur stehen sog. Applikationskarten etwa für den Mais-,
Erhebung von Wetter- oder Bodendaten gibt es den Kartoffelanbau oder das Düngegrubbern.
z.B. solche für die Spurassistenz landwirtschaft-
licher Gerätschaften, zum Erkennen von Jungwild Ein anderes Beispiel ist der Pansensensor, der
oder Gelegen von Bodenbrütern in Wiesen oder auf der Überwachung der Gesundheit von Milchkühen
Äckern oder auch zur Erhebung von Bewegungs- dient. Grundsätzlich mittels Sensoren messbare
und Vitaldaten des Viehs. Parameter bei der Milchkuh sind Aktivität (Schritt-
zahl u.dgl.) und Position des Tieres, innere Kör-
Mittlerweile fasst die sog. Präzisionslandwirt- pertemperatur, Lebendgewicht, Körperkondition,
schaft zunehmend Fuß, in der Forschung tut sich Kraftfutter- und Wasseraufnahme (Trinkzyklen),
viel – sowohl bei der Sensorentwicklung als auch Wiederkäuen, Pansen-pH-Wert, Milchmenge oder
in der Anwendung. In der Präzisionslandwirtschaft Milchqualität. Der Pansensensor wird dem Tier
werden Bewirtschaftungsmaßnahmen, wie Saat, über das Maul eingegeben, positioniert sich im
Düngung und Bewässerung, auf die Bodengege-
benheiten innerhalb eines Feldes abgestimmt, um 5
https://www.ooe-zukunftsakademie.at/zukunftsglossar-p-bis-t-948.htm#1006
deren Einsatz zu optimieren. Die Bodeneigenschaf-
6
h
ttps://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/STUD/2016/581892/
EPRS_STU(2016)581892_DE.pdf
13In der Präzisionsland- Pansen, misst kontinuierlich pH-Wert und Tempe-
ratur, übermittelt per Funk die Daten und lässt so
wirtschaft werden Rückschlüsse auf Tiergesundheit und Futteropti-
Bewirtschaftungs- mierung zu.
maßnahmen, wie Saat, Derzeit beschäftigt sich die technische Forschung
in der Präzisionslandwirtschaft u.a. mit der Ver-
Düngung und netzung verschiedener Systeme und Applikatio-
nen, die oft noch nicht kompatibel und vernetzbar
Bewässerung, auf die sind. Ziel sind EINE Eingabe und solche Schnitt-
stellen, die ein Einfließen der Daten in alle Syste-
Bodengegebenheiten me ermöglichen.
innerhalb eines Präzisionslandwirtschaft oder lokales Ressour-
cenmanagement soll zu Kosteneinsparungen
Feldes abgestimmt. bei den Betriebsmitteln beitragen, aber auch zur
14Quelle: scharfsinn86 - stock.adobe.com
Wetterstation
für Precision
Farming
im Weizenfeld
ökologischen Entlastung durch den verringerten Da geeignete städtische Bodenflächen begrenzt
Einsatz von Pflanzenschutz- und Düngemitteln sind, werden neben Dach- auch vertikale Flächen
führen. Die Sinnhaftigkeit hängt dabei v.a. von („Vertical Farming“ z.B. auf Fassaden oder der In-
Flächengrößen und Betriebsgröße ab. Je kleiner door-Etagenanbau) herangezogen. Ziel ist neben
ein Betrieb, umso schlechter fällt die Kosten-Nut- der Verringerung der Lebensmittelabhängigkeit
zen-Bilanz aus. Je höher der Digitalisierungs- und vom Umland die nachhaltige Nutzung und Erhal-
Automatisierungsgrad ist, desto mehr nähert sich tung von städtischen Grünbereichen. Beim Verti-
die Präzisionslandwirtschaft dem smart farming cal Farming in Innenbereichen wird zunehmend
bzw. der Landwirtschaft 4.0 an. auf Digitalisierung und Automatisierung – basie-
rend auf dem Einsatz unterschiedlichster Senso-
Auch das sog. Urban Farming nutzt Sensortech- ren – gesetzt, um durch optimierte Nährstoff- und
niken intensiv. Man versteht darunter verschiede- Wasserzufuhr, Luftfeuchte und Temperatur ideale
ne Arten der Lebensmittelerzeugung in urbanen Wachstumsbedingungen für die Kulturpflanzen zu
Ballungsräumen. Neben dem Anbau von Gemü- schaffen. 7
se, Obst oder Kräutern („Urban Gardening“) sind 7
h
ttps://www.ooe-zukunftsakademie.at/zukunftsglossar-u-bis-z-1017.
auch die Tierhaltung und der Ackerbau inkludiert. htm#1052
15Quelle: zapp2photo - stock.adobe.com
Smarter Roboter
in einem Industrie
4.0-Umfeld
Bei der Umsetzung von Rohrleitungen, des Füllstandes von Lagertanks oder
der Temperaturen im Inneren von chemischen Reak-
Industrie 4.0 spielen toren waren Grundlage für die manuelle oder halbau-
tomatische Steuerung verschiedenster Produktions-
Sensoren eine zentrale prozesse.
Rolle, denn sie sind die In der immer weiter voranschreitenden digitalen Ver-
netzung von Maschinen und maschinell betriebenen
Anknüpfungspunkte Abläufen erweitern sich die Einsatzbereiche von
Sensoren noch einmal wesentlich: Bei der Umset-
zwischen der digitalen zung von Industrie 4.0 spielen Sensoren eine zent-
und der realen rale Rolle, denn sie sind die Anknüpfungspunkte zwi-
schen der digitalen und der realen Produktionswelt.
Produktionswelt.
Hochauflösende Kamerasysteme in Verbindung mit
nachgeschalteter AI-basierter Bilderkennung identi-
2.3. Wirtschaft fizieren in automatisierten Produktionsstraßen die
Art, Lage und Geschwindigkeit von Objekten, als
Heute ist der Einsatz von komplexen, hochgenauen Basis für die robotergesteuerte Manipulation. Da-
und intelligenten Umweltsensorsystemen im privaten durch können nicht nur gleichartige Serienprodukte
Bereich, in Industrie und Produktion, Forschung und erzeugt werden, sondern auch personalisierte Güter
Innovation etc. üblich. Schon seit Jahrzehnten sind in verschiedensten Varianten. In ähnlicher Weise fin-
Sensoren unverzichtbare Elemente in Industrie und den automatisierte sensorbasierte Systeme auch im
Gewerbe. Die exakte Erfassung des Durchflusses in boomenden Onlinehandel Einsatz, um kostengünstig
16versandfertige Pakete mit einem optimierten Ver- Neben AI-basierten Bildanalysen kann moderns-
brauch an Kartonagen herzustellen und zu verteilen. te Sensorik etwa mit Terahertztechnologien in der
zerstörungsfreien Qualitätskontrolle von Produk-
Im Bereich der Lagerlogistik arbeitende Menschen ten punkten. Ziel ist eine Maximierung der Produkt-
werden zunehmend durch sensorbasierte visuelle qualität in Verbindung mit einer Minimierung von
Assistenten im Sinne der Augmented Reality (AR) Produktionsausschuss bzw. einer maximalen Res-
bei der Erkennung und Lieferung von Packstücken sourcenschonung. Für diesen Zweck kann je nach
unterstützt. Dabei wird die relevante Information in Anwendungsfall eine Reihe weiterer neuartiger Me-
einem Head-Mounted-Display eingeblendet und thoden eingesetzt werden, wie der Laser-Ultraschall
entlastet damit die im Lager beschäftigten Personen (Anregung von Schallemissionen durch Laserstrah-
und reduziert die Fehlerhäufigkeit wesentlich. lung) oder die Photoakustik, bei der auf Oberflächen
durch elektromagnetische Wellen berührungsfrei er-
Ein weiterer wirtschaftlicher Bereich, in dem die zeugte Schallwellen analysiert werden.
Sensorik zunehmend Bedeutung gewinnt, ist das
Qualitätsmanagement. AI-basierte Analysen des Wesentlich für einen noch breiteren Einsatz sind
von Geräten ausgesandten Schalls können darauf Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der neuen
hindeuten, dass z.B. ein Kugellager beginnt defekt Verfahren, beides Punkte, die sich in den nächsten
zu werden und eine Reparatur erforderlich ist, bevor Jahren sicherlich noch deutlich zum Positiven ver-
es zu einem kostspieligen Produktionsausfall kommt ändern werden. Zusammenfassend ist die digitali-
(„predictive maintenance“). sierte Industrie 4.0 eng mit der fortschreitenden Ent-
wicklung der Sensorik verknüpft, die die Datenbasis
für alle zukünftigen weiteren Anwendungen liefert.
Intelligentes
Lagerverwaltungs-
system mit AR-
Technologie zur
Erkennung von
Packstücken
Quelle: Blue Planet Studio - stock.adobe.com
17Quelle: @mangpor2004 –
stock.adobe.com
Umfassende
Sicherheitskonzepte
für Smart Homes
brauchen zahlreiche
Sensoren
2.4. Sicherheit
Sicherheit ist ein sehr umfangreicher und sich wan- chung des Gefahrenbereichs an fahrerlosen Trans-
delnder Begriff, der insgesamt einen Zustand be- portsystemen (FTS) finden.
zeichnet, der frei von unvertretbaren Risiken ist oder
als gefahrenfrei angesehen wird.8 Die Sicherheit stellt Sensoren, die die Luftqualität überwachen, sind
insgesamt einen eigenen und sehr umfangreichen in einer ständigen Weiterentwicklung, um die
Megatrend der Zukunft dar, der „Safety“ (Schutz vor Bandbreite der analysierten Substanzen und die
jemandem/etwas), „Privacy“ (Schutz der Privatsphä- Anwendungsbereiche zu erweitern. Überwachte
re) und „Security“ (Beschützung von jemandem/et- Substanzen können zum Beispiel Methan, Essig-
was) umfasst. Im Folgenden sollen einige Beispiele säure, Quecksilber und viele andere sein. Diese
von Sensoranwendungen aus dem engeren Bereich Umweltsensoren können etwa in mobilen, tragbaren
im Sinne des Schutzes der körperlichen Sicherheit in Messgeräten oder auch fix an bestimmten (Arbeits-)
der Arbeitswelt und zu Hause vorgestellt werden: Plätzen mit Alarmfunktion installiert sein. Im Umwelt-
bereich gibt es noch eine große Anzahl von anderen
In der Arbeitswelt werden mechanische Sensoren zur Sensoren, die etwa die Schadstoffkonzentrationen
Positionsüberwachung häufig eingesetzt, um zum in Abgasen von Abfallverbrennungsanlagen oder
Beispiel bei Fließbändern bei einer ungünstigen Posi- an bestimmten Plätzen im Freibereich (Luftmesssta-
tion eines Gutes eine automatische oder auch manu- tionen im Rahmen der Luftgüteüberwachung) bis
elle Not-Aus Funktion mittels Reißleine zu aktivieren. hin zur Überwachung der Radioaktivität von ange-
lieferten Schrotten in Stahlwerken reichen.
Wenn der Zugang oder Eingriff in einen Gefahren-
bereich nicht verhindert, die Gefahrenbewegung In der Corona-Zeit erleben CO2-Sensoren zur
aber sicher gestoppt werden soll, sind optoelekt- Überwachung der Luftqualität in Schulen einen
ronische Sensoren die passende Wahl. Beispiele Aufschwung, da Kohlendioxid als ein Indikator für
sind Lichtgitter, die beim Zu- oder Abführen von die Qualität der Lüftung und damit einer möglichen
Material in Schächte o.ä. eingesetzt werden, oder infektiösen Aerosolkonzentration in der Luft gilt.
Sicherheits-Laserscanner, die Ihren Einsatz an 8
h
ttps://www.ooe-zukunftsakademie.at/Mediendateien/SecurityPrivacy
bewegten Robotern sowie bei der mobilen Überwa- Safety_2017.pdf
18Sowohl im beruflichen als auch im privaten Um- einer Gastherme überwachen, um eine Kohlen-
feld haben Rauchmelder mit einer verbundenen monoxidvergiftung zu vermeiden.
akustischen und visuellen Alarmierung sowie gege-
benenfalls automatischer Weiterleitung an Feuer- Bewegungssensoren sind integrale Bestandteile
wehren oder Brandzentralen viele Menschenleben von Alarmsystemen im privaten aber auch geschäft-
gerettet. Durch die Fehlfunktion von Öfen oder gas- lichen Bereich (Privathäuser, Banken, produzieren-
betrieben Thermen und auch - was weit weniger de Betriebe, Handelsgeschäfte...). Überwacht wer-
bekannt ist - bei der Lagerung von Hackschnitzeln den der Öffnungszustand von Türen, Fenstern oder
kann das sehr giftige Kohlenmonoxidgas (CO) die Veränderungen innerhalb oder außerhalb von
entstehen. Ein CO-Warnmelder dient dazu, in Be- Räumen mittels Kameras.
trieben und privaten Haushalten rechtzeitig vor
gesundheitsgefährdenden Kohlenmonoxidkonzen- Die vorgestellten Beispiele zur Sensorik im Sicher-
trationen zu warnen. Ein CO-Melder kann bei- heitsbereich sind nur ein kleiner Ausschnitt einer
spielsweise die CO-Konzentration eines Bades mit stetig wachsenden Fülle an Einsatzbereichen.
2.5. Mobilität
Zu wissen, wo sich ein Auto, LKW, Bus oder Zug Schon gegenwärtig sind
befindet, ob es Probleme mit dem Fahrwerk, den
Bremsen, mit Türen, Schienen oder Airbags gibt, unsere Mobilitätssysteme
kann in einer digitalisierten und automatisierten
Umgebung viele Leben retten. mit zahlreichen Sensoren
Schon gegenwärtig sind unsere Mobilitätssysteme ausgestattet. In Zukunft
mit zahlreichen Sensoren ausgestattet. In Zukunft
werden es noch viel mehr! werden es noch viel mehr!
Öffentlicher Verkehr
Vom einfachen Zählsystem per Lichtschranke bis
zur Zugangsüberwachung per Kamera, von der
fälschungssicheren Ticketkontrolle bis zur auto-
matischen Raumdetektion von Tür- und Bahn-
steigbereichen – Sensoren in öffentlichen Ver-
kehrsmitteln unterstützen und überwachen. Sie
dienen der Fahrzeugsicherheit selbst und erhöhen
den Komfort und die Sicherheit der Passagier-
Innen im Fahrgastraum und im Nahbereich des
Verkehrsmittels.
Fotocredit: ÖBB
Christof Meister
Bereits hochautomatisiert sind Züge und U-Bah-
nen. Die derzeit in Bau befindliche U5 in Wien Zuglauf-
wird als erste vollautonome österreichische U- checkpoint
Bahnstrecke 2026 ihren Betrieb aufnehmen. Ohne
vernetzte Sensoren und Echtzeitauswertungen
19Ob elektronisches Stabili- en, sondern sind ausschließlich von funktionierenden
Sensoren, intelligenten Algorithmen und daraus resul-
tätsprogramm (ESP), tierender automatisierter Steuerung abhängig.
Brems- und Spurhalte- Motorisierter Individualverkehr
Am stärksten bemerkbar machen sich die sensori-
assistent, Berganfahrhilfe, schen Helfer für viele von uns im motorisierten Indi-
Klimaautomatik, Reifen- und vidualverkehr als Teil der Fahrassistenzsysteme,
die in modernen Fahrzeugen zum Einsatz kommen,
Öldruckkontrolle, Regen- um Sicherheit und Komfort zu erhöhen. Das Antiblo-
ckiersystem (ABS), das bei starken Bremsvorgängen
und Tankfüllstandsüber- das Blockieren von einzelnen Rädern verhindert,
funktioniert über Drehzahlsensoren in jedem Rad.
wachung – in einem Nimmt ein Sensor eine starke Verzögerung wahr, wird
die Bremskraftverteilung auf die Räder verändert,
modernen Auto sind rund um eine Blockierung zu verhindern. Zudem leuchtet
das ABS-Symbol am Bordcomputer auf. Ob elek-
100 Sensoren verbaut! tronisches Stabilitätsprogramm (ESP), Brems- und
Spurhalteassistent, Berganfahrhilfe, Klimaautomatik,
Reifen- und Öldruckkontrolle, Regen- und Tankfüll-
standsüberwachung – in einem modernen Auto sind
in leistungsfähigen Rechenzentren wäre eine Um- rund 100 Sensoren verbaut! 9
setzung unmöglich. Auch die ÖBB baut die Überwa-
chung der Züge mit Sensoren weiter aus und hat bei- Zukünftig werden es noch viel mehr werden, wenn die
spielsweise entlang der Zugstrecken mittlerweile 47 Funktionen der Fahrzeuge für die autonome Fortbe-
Zuglaufcheckpoints errichtet. Bei Durchquerung des wegung erweitert werden. Für selbstfahrende KFZ
Checkpoints wird der Zustand des Zuges im laufen- ist eine sichere Wahrnehmung der Umgebung Grund-
den Betrieb kontrolliert (z.B. Wagengewicht, abste- voraussetzung, um das Vertrauen der Insassen und
hende Teile, Temperatur der Achslager und Bremsen), eine Straßenzulassung zu erhalten. Dazu werden re-
in der zentralen Recheneinheit mit zusätzlich erhobe- dundante überlappende Sensorsysteme verbaut, die
nen Daten verknüpft und ausgewertet. Bei Gefahr in den Standort des Fahrzeuges selbst, Abstände zu
Verzug können so rasch entsprechende Maßnahmen anderen Objekten und das Umfeld in einigen Metern
eingeleitet werden. in allen Richtungen rund um das Fahrzeug ständig er-
fassen. Durch eine digitale Vernetzung mit der Infra-
Je komplexer und für den Menschen unüber- struktur und anderen Fahrzeugen wird es mit zuneh-
schaubarer das Bewegungsverhalten, die Um- menden Digitalisierungsgrad auch möglich sein, dass
welteinwirkungen und das Umfeld werden, desto Messwerte anderer in die Auswertung des eigenen
mehr Sensoren sind notwendig, um eine sichere Fahrzeuges einbezogen werden. So kann beispiels-
Fortbewegung zu gewährleisten. Besonders augen- weise auf einen Unfall an einer unübersichtlichen
scheinlich wird die notwendige sensorische Unterstüt- Stelle rechtzeitig gewarnt und reagiert werden.
zung zum Beispiel im Flugverkehr. Veränderungen
der Außenhaut, Wettereinflüsse, Flughöhenkontrolle, Zum Einsatz kommen Radar (radio detection and ran-
Kollisionswarnungen, Kabinendruck, Turbinentempe- ging) und Lidar (light detection und ranging) ebenso
ratur etc. – die PilotInnen werden durch zahlreiche wie Kameras und Ultraschall. Abstände und Objekte
Sensorwerte und automatisierte Ablaufroutinen unter- in der Nähe werden über die Messung von Laufzeiten
stützt. Autonome Drohnen-Taxis, deren kommerzielle
Zulassung in wenigen Jahren erwartet wird, können
nicht mehr auf ein Eingreifen der PilotInnen vertrau- 9
h
ttps://www.kfztech.de/kfztechnik/elo/sensoren/sensoren.htm
20Verschiedene
Warnsymbole
im Fahrzeug
Quelle: ©Afanasiev Oleksii -
stock.adobe.com
detektiert. Radarsensoren decken sowohl den Nah- nahmen sind Rückschlüsse auf die Art des gemesse-
als auch den Fernbereich (bis zu 250 m) ab, in dem nen Objektes möglich (z.B. zur Erkennung von Ver-
die Systeme unterschiedliche Frequenzen (24 GHz kehrsschildern).
bzw. 76/77 GHz) nützen. Eine geringere Zeitspanne
zwischen ausgesendetem und reflektiertem Signal Widrige Witterungsverhältnisse (z.B. Nebel, Regen,
bedeutet einen geringen Abstand zum gemessenen grelles Sonnenlicht) stellen autonome Fahrzeuge vor
Objekt. Nahbereichsradarsensoren werden beispiels- besondere Herausforderungen. Wie auch bei uns
weise für die Überwachung des toten Winkels ver- Menschen werden die „Sinnesorgane“ in ihrer Leis-
wendet, Fernbereichsradarsensoren für den Notfall- tungsfähigkeit beeinträchtigt und liefern schlechtere
bremsassistenten. bzw. auch falsche Ergebnisse. Radar-Sensoren sind
relativ unempfindlich gegen äußere Einflüsse, haben
Lidar-Sensoren senden bis zu einer Million Laserim- aber eine weit geringere Auflösung als Lidar-Senso-
pulse pro Sekunde zum Detektieren der Umgebung ren. Deren Lasersignale werden von Wettereinflüssen
sowohl im Nah- als auch Fernbereich aus. Über die gestört, weil sie etwa auch von Nebel- oder Regen-
gemessenen Laufzeiten der Laserstrahlen können tröpfen reflektiert werden. Abhilfe schaffen die unzäh-
präzise 3D-Darstellungen des Umfeldes abgeleitet ligen Messwerte – ein spezieller Algorithmus in der
werden. Im Nahbereich von unter 10 m unterstützen zentralen Recheneinheit „erkennt“ die falschen Werte
Ultraschallsensoren. Mit für das menschliche Ohr und beseitigt die Witterungseinflüsse rechnerisch. Die
nicht wahrnehmbaren Schallwellen können Objekte Erhöhung der Sensorenempfindlichkeit, leistungs-
unabhängig von ihrer Farbe bei Tag oder Nacht er- stärkere Signale und verbesserte Algorithmen sollen
mittelt werden. Auch Kameras kommen zum Einsatz in Zukunft vollautonomes Fahren Wirklichkeit werden
– aus den Farb- und Kontrastinformationen der Auf- lassen.
Verschiedene
Sensoren
erfassen das
Fahrzeugumfeld
Quelle: ©metamorworks - stock.adobe.com
21Durch das
Zusammenspiel
neuer Materialien und
moderner Sensortechnik
entstehen vielfältige
stock.adobe.com
Quelle: ©Franz -
medizinische Anwendungs-
möglichkeiten.
2.6. Gesundheit
Ohne Sensoren keine moderne Gesundheits- ter, Prothesen – vieles basiert auf dem Einsatz von
technologie – so könnte man die Bedeutung von Sensoren.
Sensortechnik für den Themenkomplex „Gesund-
heit und Wohlbefinden“ heute und für die Zukunft Je nach Anwendung am Menschen kann man im
prägnant formulieren. Sie ist Grundlage für medi- Groben in externe und interne Sensoren sowie
zinische Forschung, Medizintechnik, Diagnostik, solche, die in Kathetern und Körperhöhlen zum Ein-
personalisierte Behandlung und Operationen, Ge- satz kommen, unterscheiden. Gängige Beispiele sind
sundheitsüberwachung und Pflege aber auch für der Herzschrittmacher als Implantat sprich als inter-
Prävention, individuelle Fitness oder Selbständig- ner Sensor, Sensoren an der Spitze von Kathetern
keit mit Handicap. für minimalinvasive Eingriffe wie Endoskopie oder
Atherektomie, Körpertemperaturmesser zur oralen
Die Medizintechnik verwendet schon lange elek- oder rektalen Anwendung sowie externe Sensoren in
tronische Geräte und ihre Anwendungsoptionen medizinischen Wearables oder z.B. zur Messung des
werden mithilfe zunehmend leistungsfähigerer, zu- Blutdrucks.
verlässiger und kompakter Elektronik immer mehr
erweitert. Labor- und sog. Point-of-Care-Diagnostik Durch das Zusammenspiel neuer Materialien und
(patientennahe Labordiagnostik, die nicht in einem Elektronik bei intelligenten Accessoires („Smart
Labor sondern in der Ordination, auf der Station Wearables“) und E-Textilien (in Kleidungsstücke in-
im Spital oder auch in der Apotheke, also nahe bei tegrierte elektronische Systeme) auf Basis moderner
Patientin und Patient passiert), Implantate, Kathe- Sensortechnik entstehen viele neue medizinische An-
22Kathetertechnik
bei Koronar-
angioplastie
wendungsmöglichkeiten – sowohl in der Vorsorge als In Zukunft wird die Anwendung sensorbasierter
auch in der medizinischen Versorgung und Pflege.10 gesundheitsrelevanter Wearables und Textilien in
Vorsorge, Versorgung und Pflege noch deutlich
Bei der Gesundheitsüberwachung mittels Wear- steigen. Die Digitalisierung ermöglicht außerdem
ables liegt der Fokus auf dem Monitoring gesund- die Verbindung von PatientIn, Arzt/Ärztin und Pfle-
heitsrelevanter Parameter. Die Sensoren messen genden über Smartphones, Tablets und Wearables.
Puls, Körpertemperatur, Hautleitfähigkeit, Gewicht
etc. Die gemessenen Parameter werden aufge- Nicht nur Wearables sondern auch andere gesund-
zeichnet, verarbeitet und behandlungsrelevante heitsrelevante Sensortechnik unterstützt zudem
Schlüsse aus den Ergebnissen gezogen. Und v.a. den Sektor Pflege maßgeblich und birgt hier laut
Fitness-Accessoires animieren Trägerin und Trä- ExpertInnen noch sehr viel Potenzial. Erhebung
ger mit zugehörigen Apps zu bewusster Ernährung, und Monitoring von Vitaldaten (Fieber-, Blutdruck-
mehr Bewegung u. dgl. Beispiele für solche tragba- messen etc.), Ortung von Menschen mit Demenz,
ren Accessoires sind Vitalwerte messende Fitness- Sensormatten für Bewegungs- und Sturzdetektion,
Armbänder, smarte Kontaktlinsen, die über die automatische Medikamentenspender, Bewegungs-
Tränenflüssigkeit den Blutzuckerspiegel messen, und Lichtsensor für die Nacht oder auch automati-
oder auch smarte Pflaster, die auf die Haut geklebt sche Türöffner – all diese Anwendungen unterstüt-
werden und Vitalwerte messen. zen Pflegende bei ihrer Arbeit und PatientInnen im
10
h
ttps://www.ooe-zukunftsakademie.at/Mediendateien/
Wearables_Beispiele_2017.pdf
23Quelle: ©alexey_boldin - stock.adobe.com
Synchronisation
von Gesundheits-
daten zwischen
Smartwatch und
Smartphone
In Zukunft wird die sible und immer noch kleinere Sensoren als es aktuel-
le moderne Technologien vermögen, erwarten.
Anwendung sensorbasierter
Die Medizintechnik kann künftig z.B. mit einer noch
gesundheitsrelevanter besseren und rascheren Krebsdiagnostik durch
Sichtbarmachung einzelner erkrankter Zellen und
Wearables und Textilien in Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder mit
präzisester Steuerung von Prothesen durch ultra-
Vorsorge, Versorgung und sensible Messungen rechnen.
Pflege noch deutlich Ein Beispiel aus der Forschung ist das Projekt
MetaboliQs, an dem sieben europäische For-
steigen. schungseinrichtungen beteiligt sind. Koordiniert von
der deutschen Fraunhofer Gesellschaft (IAF) will
man diamantenbasierte Quantensensorik mit medi-
zinischer Bildgebung kombinieren und so die Detek-
Alltag. Dazu zählt natürlich auch der Bereich des tion von kardiovaskulären Krankheiten verbessern.11
umgebungsunterstütztes Wohnen (AAL) (siehe
auch Kapitel 2.1 Wohnen). In Österreich läuft z.B. das Projekt QSense4Life,
das sich mit der Systemintegration von Festkörper-
In der Gesundheitstechnologie der Zukunft spielt die Raumtemperatur-Quantensensoren beschäftigt. Das
Quantensensorik eine große Rolle, da sie Messun- von Silicon Austria Labs GmbH koordinierte Pro-
gen in technisch bis jetzt nicht möglicher Genauigkeit jekt versucht u.a. zu zeigen, dass Quantensensorik
verspricht. Die Sensoren erreichen eine Auflösung im wahrscheinlich noch in diesem Jahrzehnt für Anwen-
Nanometerbereich und sind so empfindlich, dass sie dungen in den Bereichen personalisierte Gesundheit
einzelne Moleküle exakt messen und Strukturen von und Life Sciences eine Option sein könnte.12
Biomolekülen entschlüsseln können. Die Nutzung von
Quanteneffekten lässt also für Medizintechnik und Dia- 11
h
ttps://www.metaboliqs.eu/
gnostik, aber auch für die Pharmaindustrie hochsen- 12
h
ttps://silicon-austria-labs.com/forschung/projekte/details/qsense4life/
243. SENSORZUKUNFT OBERÖSTERREICH
Sensoren sind die Sinnesorgane des digitalen Lebens und werden für zahlreiche Anwendungen in
verschiedensten Lebensbereichen vom Wohnen bis zur Gesundheit benötigt. Ziele des Einsatzes
sind unter anderem die Erhöhung unserer Lebensqualität, die Förderung unserer Gesundheit bis
hin zu Ressourcenschonung und Umweltschutz.
3.1. Ausgangslage –
Unternehmen und Forschung
Dass Oberösterreich in vielen Bereichen der Sen-
sorik eine Führungsrolle aufweist, ist in der breiten
Öffentlichkeit weitgehend unbekannt. Dies kann
sicherlich dadurch begründet werden, dass die Oberösterreich nimmt
Menschen bei einem bestimmten Produkt wie ei-
nem smarten Auto oder einem intelligenten Pflaster in vielen Bereichen der
nicht an die Firma/Forschungseinrichtung denken,
die diese Anwendung durch die Entwicklung ent- Sensorik eine
sprechender Messfühler erst ermöglicht hat.
Führungsrolle ein.
Aus diesem Grund soll eine nicht vollständige Aus-
wahl an heimischen Betrieben und Forschungsein-
richtungen vorgestellt werden, um zu beleuchten,
in welch vielfältigen Bereichen in unserem Bundes-
land zum Thema Sensorik geforscht und entwickelt
wird.
Quelle: 1061543018 - shutterstock.com
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