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uni'wissen 02-2013

Mit der Mess- und Regeltechnik ist es wie mit dem Fahrradfahren: Wenn Sehen und Lenken aufeinander abgestimmt sind, funktio- niert der Prozess“, sagt Prof. Dr. Leo Reindl, In- haber des Lehrstuhls für Elektrische Mess- und Prüfverfahren­am­Institut­für­Mikrosystemtechnik­ der Universität Freiburg. „Je besser dabei der Sensor­ –­ das­ Sehen­ –­ und­ der­ Aktor­ –­ das­ Lenken­–­zusammenpassen,­umso­effizienter­ar- beitet­das­System.“ Die Regelung, das heißt die Abstimmung zwi- schen Sensor und Aktor, bietet Entwicklerinnen und Entwicklern ein riesiges Potenzial, um den Alltag zu erleichtern, die Umwelt zu schonen, Energie zu sparen und Arbeitsabläufe sicherer zu machen. „In einer Welt mit beschränkten Material- und Energieressourcen sowie Umwelt- belastungen ist ein optimaler Prozess nur durch Regelung zu erzielen. Für diese Regler benöti- gen wir Sensoren und Rechner, die in den Pro- zess eingebettet sind.“ Das Autofahren beispielsweise wurde durch etwa 100 in das Fahrzeug integrierte Regler für Airbag, Abstands- und­Spurhaltesysteme,­Tote-Winkel-Warner­und­ Bremsassistenten deutlich sicherer. Dem ADAC zufolge­sinkt­die­Zahl­der­Unfalltoten­seit­1970­ kontinuierlich, obwohl die Verkehrsdichte steigt. Doch das Forschungsfeld von Reindl ist kom- plexer: Er untersucht, wie Prozesse auch dann optimal gesteuert werden können, wenn Sensor und Aktor nicht mit einem Kabel verbunden, also drahtlos sind. Normalerweise sorgt das Kabel für „In einer Welt mit beschränkten Material- und Energieressourcen sowie Umweltbelastungen ist ein optimaler Prozess nur durch Regelung zu erzielen“ den Informationsfluss zwischen Sensor und Ak- tor und gleichzeitig für die Energie, die der Aktor zur Steuerung benötigt. Häufig aber ist es ent- weder zu teuer oder einfach nicht möglich, beide Elemente zu verkabeln, weil sie bewegt werden oder zu weit voneinander entfernt sind. Das gilt beispielsweise für die Ermittlung der aktuellen Position eines Roboters in einem Gebäude, für Informationen über den Zustand von Präzisions- werkstücken, die auf einem Fließband transpor- tiert werden, für die Messung der Temperatur einer Hochspannungsleitung, des Drucks in einem Autoreifen oder auch für Messungen in Lebewesen. Problematisch wird das Verkabeln zudem, wenn der Zustand von Brücken oder Gebäuden überwacht oder Bodenwerte für die Landwirtschaft erhoben werden sollen. In diesen Fällen kommen Sensoren zum Einsatz, die Daten per Funk übermitteln. Diese stellen neue Herausforderungen­an­das­System,­insbesonde- re, was die Versorgung mit Energie betrifft. Energie aus der Umgebung ernten Fehlt das Kabel, fehlt der Strom. Dann lösen entweder­Batterien­das­Problem,­oder­die­Syste- me ernten die Energie mit Miniaturkraftwerken direkt aus der Umgebung. Gut geeignet sind Lichtenergie, thermische Energie, Vibrations- energie sowie die überall auf der Erde vorkom- mende elektromagnetische Strahlung. Um autarke­ Systeme­ zu­ entwickeln,­ erforschen­ Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Reindls Lehrstuhl Solarzellen, die auch im 17

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