Generic filters
FS Logoi

Smarte und kompakte Sensorik durch Edge-KI

Ein neu gestartetes, interdisziplinäres Forschungsprojekt von Brandenburger Hochschulen und Forschungseinrichtungen entwickelt neue technologische Ansätze zur besseren und effektiveren Einbindung künstlicher Intelligenz an den Kanten von IT-Netzwerken, sogenannten „Edges”. Diese Entwicklungen können künftig insbesondere für Anwendungen in der Industrieelektronik, Medizintechnik und Umweltüberwachung von Bedeutung sein. Das Fraunhofer IPMS trägt seine Expertise für miniaturisierte Sensorstrukturen und die Integration von elektronischen Komponenten bei.

von | 24.04.25

Ultraschallsensorchip (L-CMUT) vom Fraunhofer IPMS.
Quelle: Fraunhofer IPMS

Im Projekt mit dem Namen „InSeKT” (Entwicklung von intelligenten Sensor-Kanten-Technologien) arbeiten die Technische Hochschule Wildau, das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) und das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS gemeinsam an neuen Hardware-, Software- und Sensorlösungen. Ziel: Künstliche Intelligenz (KI) besser an den „Edges” von IT-Netzwerken einsetzen.

Dezentrale Datenverarbeitung verbessert nicht nur den Datenschutz

Gerade KI‘s verarbeiten eine hohe Menge an Daten und das möglichst schnell.

Das Projekt hat das Ziel, die komplexen Berechnungen direkt am Entstehungsort der Daten, also zum Beispiel unmittelbar am Sensor selbst, zu ermöglichen.

Die Datenverarbeitung mittels KI geschieht derzeit häufig über zentrale Cloud-Computing-Lösungen. Die Berechnung der Daten erfolgt auf zentralen Servern.

Dies führt dazu, dass größere Datenmengen über größere Distanzen übertragen werden. Dadurch kann es immer wieder zu Datenlecks kommen und damit zu Angriffsmöglichkeiten für unbefugte Dritte.

Eine dezentrale Datenverarbeitung verbessert nicht nur den Datenschutz, sondern ermöglicht auch eine Echtzeitfähigkeit der Systeme, da Datenübertragungen über große Distanzen hinweg vermieden werden.

Das Projekt adressiert die wesentlichen Faktoren für eine Marktakzeptanz: Technologien für die Systemintegration entwickeln und Kosten senken, Zuverlässigkeit erhöhen und den Miniaturisierungsgrad steigern.

Es wird von einem interdisziplinären Team verschiedener Institutionen und Fachdisziplinen geleitet.

Fortschrittliche Sensorik zur Lösung von Material- und Integrationsproblematiken

Der in Cottbus angesiedelte Institutsteil „Integrated Silicon Systems” des Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, arbeitet an der Funktionserweiterung und -integration bereits bestehender MEMS-Sensoren für Edge-KI-Anwendungen.

Dabei wird die Signalverarbeitung direkt in den Sensor integriert und Daten können unmittelbar dort gesammelt werden, wo sie entstehen.

Das Ziel ist eine erhöhte Anpassungsfähigkeit von Sensoren an unterschiedliche Einsatzszenarien. Die darunter liegende Hardware wird nicht ausgetauscht.

Ein erster zentraler Entwicklungsbereich am Fraunhofer IPMS ist die Gasanalyse mittels Ionenmobilitätsspektrometern (IMS).

Ein IMS ermöglicht es, ionisierbare Analytsubstanzen schon in geringsten Konzentrationen direkt in der Luft nachzuweisen.

Bestehenden Ansätzen fehlt es an ausreichender Miniaturisierbarkeit.

Ein erster IMS-Demonstrator, welcher auf einem FAIMS-Ansatz (field asymmetric-waveform ion mobility spectrometry) beruht, verfügt über flexible Elektrodenabstände. Hiermit ist diese Hürde überwunden.

Verbesserte Bildgebung

Des Weiteren wird das Ziel einer datengestützten Bewertung von Photodetektoren für den nahinfraroten Wellenlängenbereich verfolgt.

Diese werden beispielsweise in der Materialanalyse sowie dem Wertstoffrecycling eingesetzt und ermöglichen eine Analyse durch Verpackungen hindurch.

Besonders die Verbesserung eines Al-TiN-Si-Schottky-Detektorbauelements mit zylindrischen Pyramidalstrukturen zur höheren Empfindlichkeit und besseren Skalierbarkeit durch günstigere Materialien steht hier im Fokus.

Ein dritter Bereich behandelt den angepassten Einsatz von kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandlern (CMUTs).

Dies dient der verbesserten Bildgebung. CMUTs sind durch ihre Größe und das kapazitive Wirkprinzip hochempfindliche Ultraschallempfänger.

Die sensornahe Signalauswertung ermöglicht hier eine schnellere Bildgebung.

„Später können damit sehr genaue Analysen von Handbewegungen mittels eines von Fledermäusen nachempfundenen Ultraschallsignals möglich gemacht werden aber auch die Messung von Blutzucker mittels Ultraschalls”, erklärt Dr. Sebastian Meyer, Leiter des Institutsteils „Integrated Silicon Systems” am Fraunhofer IPMS.

Die TH Wildau und das Leibniz IHP verwenden im Anschluss die generierten Daten.

Damit werden Edge-KI-Systeme für die schnelle und exakte Datenverarbeitung trainiert. Die Ergebnisse im Projekt ermöglichen weitere Schritte hin zu intelligenteren und kompakteren Sensorsystemen.

Bildquelle, falls nicht im Bild oben angegeben:

Jetzt Newsletter abonnieren

Brennstoff für Ihr Wissen, jede Woche in Ihrem Postfach.

Hier anmelden

Sprachverarbeitung: Gehirn und KI arbeiten mit Vorhersagen
Sprachverarbeitung: Gehirn und KI arbeiten mit Vorhersagen

Bereits beim Zuhören versucht das Gehirn, die nächsten Worte zu antizipieren. Dies hat eine aktuelle Studie eines interdisziplinären Forschungsteams um PD Dr. Patrick Krauss, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), und PD Dr. Achim Schilling, Universität Heidelberg, ergeben. Dafür kombinierten die Forschenden drei Methoden: eine natürliche Hörsituation, hochauflösende Messungen der Hirnaktivität und ein KI-Sprachmodell als Referenz.

mehr lesen
MaterialsCommons gestartet: Gesamteuropäische föderierte Digitalinfrastruktur
MaterialsCommons gestartet: Gesamteuropäische föderierte Digitalinfrastruktur

Mit dem Projekt MaterialsCommons entsteht erstmals eine gesamteuropäische föderierte Digitalinfrastruktur für die Werkstoffforschung und -entwicklung. Unter Koordination von Prof. Dr. Peter Gumbsch (Fraunhofer IWM/KIT) verbindet das von der Europäischen Kommission im Rahmen von Horizon Europe mit 28 Mio. Euro geförderte Vorhaben 26 Forschungseinrichtungen aus 14 Ländern mit über 30 Industriepartnern, darunter Bosch, Siemens, ArcelorMittal, Infineon, Voestalpine und Schaeffler. Ziel ist es, die fragmentierte europäische Werkstoffdatenlandschaft zu vereinheitlichen und die Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe, um den Faktor 4 zu beschleunigen.

mehr lesen
Claroty: CPS-nativer KI-Agenten für Cybersecurity
Claroty: CPS-nativer KI-Agenten für Cybersecurity

Claroty, spezialisiert für die Sicherheit von cyber-physischen Systemen (CPS), stellt seinen neuen CPS-nativen KI-Agenten Claire vor. Dieser ermöglicht es Unternehmen, ihre geschäftskritische Infrastruktur proaktiv mit bislang nicht erreichter Geschwindigkeit und Präzision mit intuitiver Benutzerführung zu schützen. Claire basiert auf dem weltweit fortschrittlichsten CPS-Sprachmodell, das auf über einem Jahrzehnt Branchenexpertise basiert und mit dem größten CPS-Datenpool trainiert wurde.

mehr lesen
Infineon tritt dem NVIDIA MGX(TM) Ökosystem bei
Infineon tritt dem NVIDIA MGX(TM) Ökosystem bei

Die Infineon Technologies AG, Anbieter von Halbleiterlösungen für Power Systems und IoT, ist dem NVIDIA MGX(TM) AI Factory Ecosystem beigetreten, um die Stromversorgung für KI-Rechenzentren der nächsten Generation neu zu gestalten.

mehr lesen

atp weekly

Der Newsletter der Branche

Ihr kostenfreier E-Mail-Newsletter für alle Belange der Automatiserung.

Sie möchten das atp magazin testen

Bestellen Sie Ihr kostenloses Probeheft

Überzeugen Sie sich selbst: Gerne senden wir Ihnen das atp magazin kostenlos und unverbindlich zur Probe!

Finance Illustration 03