Fraunhofer IPMS

KI in Sensoren und Aktoren bringen

21. November 2022, 21:10 Uhr | Andreas Knoll
Künstliche Intelligenz in Mikrosensoren und -aktoren
Künstliche Intelligenz in Mikrosensoren und -aktoren
© Fraunhofer IPMS

Das Fraunhofer IPMS hat Mikrosensorik und -aktorik mit neuen Nanoelektronik-, Prozessor- und Wireless-Technologien zusammengeführt, was maßgeschneiderte Komplettlösungen für KI-gesteuerte Mikrosensoren und -aktoren ermöglicht. Methoden auf KI-Basis sorgen dabei für die Signalvorverarbeitung.

Im Alltag sind digitale Helfer wie etwa smarte Apps bereits fest integriert. Derzeit erfolgt die Verarbeitung der Daten jedoch meist in großen, externen Servern. Eingebettete künstliche Intelligenz (Edge KI) soll dies ändern und die Verarbeitung von Daten und Algorithmen direkt am Endgerät ermöglichen. Die Leistungsfähigkeit von Edge KI gerade in Kleinstgeräten ist derzeit aber noch sehr eingeschränkt. Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS forscht daher an innovativen Lösungen, um Machine-Learning-Algorithmen in alltägliche Geräte zu integrieren. Die neuesten Forschungsergebnisse dazu hat das Institut auf der Messe electronica in München demonstriert.

Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+

Vernetzung von MEMS-Bauelementen mit Edge KI

„Li-Fi GigaDock“ des Fraunhofer IPMS ermöglicht die optische Datenübertragung großer Datenmengen bei geringen Latenzen.
„Li-Fi GigaDock“ des Fraunhofer IPMS ermöglicht die optische Datenübertragung großer Datenmengen bei geringen Latenzen.
© Fraunhofer IPMS

Das Fraunhofer IPMS vernetzt zunehmend seine Expertise mit Entwicklungen unterschiedlicher Forschungsbereiche. So wurden in einem institutsinternen Projekt Erkenntnisse aus der Mikrosensorik und -aktorik mit neuen Nanoelektronik-Technologien, Prozessorentwicklungen und drahtloser Kommunikation zusammengeführt. Die daraus entstehenden Synergieeffekte bieten Kunden jetzt maßgeschneiderte Komplettlösungen für hardwarenahe, KI-gesteuerte Mikrosensoren und -aktoren, wobei eine sensor- bzw. aktornahe Signalvorverarbeitung mittels KI-basierter Methoden (Schwerpunkt: Tiny AI / Embedded KI) möglich ist. Die Vorteile liegen dabei sowohl in einer geringen Latenz bei der Verarbeitung als auch in einer sichereren Datenverarbeitung ohne Netzwerkanbindung. Zudem ermöglicht die Edge-KI-Lösung ein Nachlernen im Feld, um das System für spezielle Vor-Ort-Randbedingungen zu optimieren. Speziell für Edge-KI-Sensorik/Aktorik-Lösungen hat das Institut seine bestehende RISC‑V-Computing-Plattform EMSA5 um eine KI-Funktionalität (auf Basis von Tensorflow Lite) erweitert. In einem Demonstratoraufbau auf der Messe electronica wurde beispielhaft die Signalvorverarbeitung mit Sensoren und Aktoren veranschaulicht.

Die Anwendungsgebiete der genutzten Sensoren und Aktoren umfassen Spektrometer, ISFET-Sensoren sowie Ultraschall-Bildgebung (zur Zustandsüberwachung, Gestensteuerung oder Umgebungserkennung bei Cobots).

IP-Cores und optische Datenübertragung

Prozessor-IP-Cores helfen Entwicklern, den Aufwand durch spezifizierte, vorverifizierte und getestete Designs zu verringern, das Integrationsrisiko zu minimieren und die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen. Mehr als 150 Kunden weltweit nutzen seit über 20 Jahren die IP-Core-Lösungen des Fraunhofer IPMS für FPGA- und ASIC-Designs sowie den umfassenden technischen Support. Das Fraunhofer IPMS bietet neben den IP-Core-Modulen auch Anpassungen, Implementierungs-Unterstützung und Charakterisierung an. Auf Wunsch entwickelt das Institut auch neue IP-Core-Designs für ASICs und FPGA-Systeme für spezielle Anforderungen. Ein besonderer Fokus liegt auf sicherheitskritischen Anwendungen. Auf der Messe electronica stellten die Forscher einige ihrer neuesten IP-Core-Entwicklungen vor. Dort wurden auch Innovationen des Instituts zur optischen drahtlosen Datenübertragung (Li-Fi) gezeigt. Das vom Fraunhofer IPMS entwickelte „Li-Fi GigaDock“ ist besonders für Industrieanwendungen geeignet. Im Kontext der Industrie 4.0, in der immer größere Datenmengen übertragen werden, eignet sich das Li-Fi GigaDock für die Übertragung über kurze Distanzen und eine maximale Datenrate von 12,5 Gbit/s. Geringe Latenzen ermöglichen zudem den Einsatz in Anwendungen mit harten Echtzeitanforderungen.


Verwandte Artikel

Fraunhofer IPMS (Institut für Photonische Mikrosysteme)