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Wenn der Sensor einmal klingelt
23.2.2009
Hochempfindliche Sensoren im Putz: Schon in gut zehn Jahren könnten uns intelligente Gebäude vollautomatisch warnen, wenn beispielsweise Wände in Einkaufszentren oder U-Bahnhöfen einzustürzen drohen. Was nicht nur hilft, Unglücke von vornherein zu vermeiden, sondern im Katastrophenfall auch Einsatzkräften die Arbeit erleichtert. Diese Zukunftsvision nimmt in Baden-Württemberg jetzt konkrete Formen an.
| Intelligente Sensoren schlagen bei Gefahr Alarm. Bild: Siemens |
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Selbst auf den zweiten Blick sind sie noch nicht zu sehen. Die winzigen Wächter, die uns hinter der Fassade schützen und dort zuverlässig ihren Dienst verrichten. Damit wir uns beruhigt zurücklehnen können. Denn im Zweifelsfall zählt allein ihr Signal, das uns rechtzeitig warnt. Und damit vor Unfällen und Katastrophen schützt.
Was im ersten Moment noch ziemlich ungewöhnlich klingt, könnte in einigen Jahren schon selbstverständlich sein. Zumindest, wenn sich die Zukunftsprognosen der FAZIT-Studie „Sicherheit durch IT“ bewahrheiten. In der aktuellen Untersuchung der MFG Stiftung Baden-Württemberg kommen die Studienautoren zu dem Ergebnis, dass im Jahr 2020 intelligente Sensornetzwerke in U-Bahnhöfen, Autobahntunnels oder öffentlichen Gebäuden unseren Alltag sicherer machen.
„Future Security BW“: Sicherheit für Morgen
Die Vision der Wissenschaftler: Intelligente Sensoren schlagen nicht nur umgehend Alarm, wenn beispielsweise ein Gebäude einzustürzen droht. Die unsichtbaren Mini-Messgeräte berechnen auch in Echtzeit sichere Fluchtwege, damit Rettungskräfte bei drohenden Katastrophen möglichst schnell viele Menschen aus der Gefahrenzone retten können.
Damit der Wunsch vom sicheren Morgen auch Realität wird, hat die Fraunhofer-Gesellschaft im Oktober 2007 das Innovationscluster „Future Security BW“ gegründet. In diesem Zusammenschluss sind verschiedene Forschungseinrichtungen aus Baden-Württemberg interdisziplinär vernetzt: beispielsweise das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik (EMI) aus Freiburg, das Institut für Mikro- und Informationstechnik (HSG IMIT) aus Villingen-Schwenningen und auch das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI). |
| Öffentliche Anlagen werden mit Sensoren ausgestattet. Bild: Fraunhofer EMI |
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Spitzenforschung aus Wissenschaft und Wirtschaft
Neben Wissenschaftlern sind im „Future Security BW“ auch zahlreiche Unternehmen organisiert, die auf IT-gestützte Sicherheitssysteme spezialisiert sind. So gehört mit der Karlsruher Vitracom AG beispielsweise ein Unternehmen zum Forschungsverbund, das Videosensoren für Kameraüberwachungssysteme entwickelt. „Das Innovationscluster vernetzt Spitzenforschung mit der Expertise von spezialisierten Dienstleistungsunternehmen“, verdeutlicht Peter Zoche, zuständig für Sicherheitsforschung am Fraunhofer ISI.
Ein Forschungsschwerpunkt im Innovationscluster sind so genannte „Robust Sensing Walls“. Hier versuchen Wissenschaftler, Gebäude mit integrierten Sensornetzwerken zu entwickeln. Die Idee ist, öffentliche Anlagen wie Bahnhöfe, Einkaufszentren oder Tunnelanlagen von vornherein mit intelligenten Sensoren auszustatten. Diese Mini-Messegeräte sollen dann gleich beim Bau in die Wände verputzt werden. Und dort unsere Sicherheit garantieren.
Sicherheit, die unter die Wand geht
Denkbar wäre beispielsweise, dass ein Sensor auftretende Risse in einer Gebäudewand misst. „Wir entwickeln Algorithmen, mit denen wir auf die Standfestigkeit einer Wand nach der Einwirkung einer Explosion schließen können“, erklärt Tobias Leismann vom Fraunhofer EMI und Projektmanager bei „Future Security BW“.
Die Wunschvorstellung der Forscher: Solange nur ein kleiner Riss in einer Wand auftritt, bleibt der Sensor ruhig. Schließlich weiß der Messfühler genau, dass es sich letztlich nur um eine Lappalie handelt, die keine akute Gefahr bedeutet. Sobald aber ein kritischer Riss entsteht, sendet der Sensor umgehend ein Warnsignal per Funk an eine Sicherheitsleitstelle. |
| Displays visualisieren Fluchtwege in Echtzeit. Bild: Fraunhofer EMI |
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Displays weisen Fluchtwege in Echtzeit
Besonders smart: Im Forschungsverbund denken die beteiligten Unternehmen und Institute auch darüber nach, solche Signale aus Sensornetzwerken in Echtzeit zu visualisieren. „Im Fall einer Explosion oder eines Brandes in einem Tunnel oder Gebäude könnten Einsatzleiter von Feuerwehr und Technischem Hilfswerk dann das Sensornetzwerk nutzen, um Informationen aus dem Ereignisbereich direkt auf einem digitalen Bildschirm abzurufen“, blickt Leismann in die Zukunft. „Damit würden Rettungskräfte eine Aussage zum Zustand des Gebäudes erhalten und könnten ihren Einsatz situationsangepasst planen.“
Die zuständige Leitstelle könnte sich so zum Beispiel bei einem Brand in einem Gebäude oder einem drohenden Einsturz auf einem großen Bildschirm gefährdete Treppen und Flure etwa in roter Farbe („Gefahr!“) anzeigen lassen, während potenzielle Fluchtwege grün markiert („Sicher!“) auf dem Display erscheinen. Mit der Stuttgarter Visenso GmbH ist übrigens ein Dienstleister im Innovationscluster aktiv, der genau auf solche Anwendungen rund um Simulation und Visualisierung spezialisiert ist.
Im Dauereinsatz: Energieautarke Sicherheitssensoren
Die fühlenden Wände könnten also nicht nur unseren Alltag sicherer machen, sondern auch Rettungskräften die Arbeit erleichtern. Damit die Vision vom intelligenten Gebäude aber auch real wird, müssen Sensornetzwerke erst einmal energieautark arbeiten können.
Schließlich kostet es nicht nur Zeit und Geld, ständig die Batteriestände von lebenswichtigen Gebäudesensoren zu warten. Es ist schlichtweg auch nicht praktikabel: Denn im schlechtesten Fall müsste ein Techniker solch einen hochempfindlichen Sensor aus einer Wand reißen, um die Batterie zu wechseln.
Fraunhofer-Wissenschaftler arbeiten daher an energiearmen Funksensorknoten, die völlig wartungsfrei laufen sollen. Die Forscher kooperieren dafür mit der EnOcean GmbH, die auf batterielose Funksensorik spezialisiert ist. Das gemeinsame Ziel: so genannte energieautarke Sensoren, die für ihren Betrieb keine traditionellen Batterien oder Stromkabel mehr benötigen. Als potenzielle Energiequellen sind hier unter anderem Luftströmungen, Temperaturunterschiede oder Vibrationen denkbar.
Besonders vielversprechend ist der Einsatz von energieautarken Sensoren in Bahn- und Autotunnels. Dort könnten die durch Fahrzeuge oder Züge ausgelösten Vibrationen dafür ausreichen, die in den Anlagen verputzen Sensornetzwerke mit der nötigen Energiemenge zu speisen. Was auch im zweiten Moment noch ziemlich ungewöhnlich klingt. In der Tat bald aber schon völlig selbstverständlich sein könnte, wie eine weitere FAZIT-Zukunftsstudie „Zukünftige Informations- und Kommunikationstechniken“ zeigt. Darin rechnen die Experten mit derartigen energieautarken Sensoren noch vor dem Jahr 2020.
Autor: Stephan Randler |
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