Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Smart Objects
Intelligente Objekte
© Fraunhofer IWU, Alexander Schuster
Smart Objects: Make it smart, make it wireless
Internet of Things (IoT) beschreibt eine Vision, in der alltägliche Objekte mit dem Internet verbunden werden, identifiziert werden und mit anderen Geräten kommunizieren. Diese Objekte werden typischerweise als „Smart Objects“ bezeichnet. Ihre Bedeutung liegt darin, Anwendungen und Prozesse zu digitalisieren, um diese einfacher und effizienter zu gestalten.
Unser Angebot
Das Fraunhofer IIS verfügt über umfassendes technisches und praxisorientiertes Know-how, Sie bei der Einführung von Funk-Systemen zu unterstützen und dadurch Ihre Smart Objects optimal zu vernetzen. Wir haben Zugang zu hochmodernen Messtechniken und -methoden sowie zu einem kompletten Testzentrum für die Simulation realer Einsatzszenarien.
Wir bieten Ihnen ein Komplettangebot, in dem wir gerne auf alle Ihre Fragen eingehen und gemeinsam eine Lösung speziell für Ihren Anwendungsfall finden:
Wie werden meine Objekte intelligent? – Wir helfen Ihnen bei der Vernetzung Ihrer Gegenstände, indem wir die optimale Funk- oder Kommunikationstechnologie, Sensortechnologie und Energieversorgung für Sie finden und mit Ihnen implementieren.
In welchen Bereichen kann ich Smart Objects einsetzen? – Smart Objects haben eine breite Anwendungsspektrum, darunter die Bereiche Logistik, Smart Home, Industrie 4.0, Sport und Gesundheit sowie Smart Cities. Gerne erarbeiten und implementieren wir auch neue Anwendungsmöglichkeiten mit Ihnen.
Was sind typische Smart Objects? – Zu einem Smart Object kann jedes Objekt werden, egal ob es sich um z.B. Bohrer, Sportgeräte, Beleuchtung, Bewässerungssysteme, Medizingeräte, Kleidung, Pakete, Haushaltsgeräte, Fitness-Tracker oder Türschlösser handelt.
Wie können meine Smart Objects ohne Batterie betrieben werden? – Smart Objects können energieautark betrieben werden, indem sie Energy Harvesting (Energiegewinnung aus der Umgebung wie Sonnenlicht, Vibrationen, Wärme oder Funksignale) nutzen. Wir helfen Ihnen dabei, Ihre IoT-Sensoren und Geräte mit Energy Harvesting zu betreiben.
Welche Rolle spielt eingebettete Künstliche Intelligenz (KI) in Smart Objects? – Eingebettete Künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht es Smart Objects, intelligente Entscheidungen direkt vor Ort zu treffen, ohne dass eine ständige Verbindung zu externen Servern erforderlich ist. Wir helfen Ihnen dabei, Ihre Smart Objects durch eingebettete KI noch leistungsfähiger und intelligenter zu machen.
Welche drahtlosen Technologien eignen sich am besten für die Kommunikation von Smart Objects in industriellen Anwendungen? Jede Funktechnologie hat unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Reichweite, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit, Datenrate und Skalierbarkeit. Wir beraten Sie gerne dabei, welche Technologien am besten für Ihre speziellen Einsatzszenarien, z.B. in großen Industrieanlagen, geeignet sind. Dies können zum Beispiel 5G/6G, Low Power Wide Area Networks (z. B. mioty), Bluetooth, WLAN, RFID, IO-Link Wireless oder Wireless M-Bus sein.
Was sind Smart Objects?
Smart Objects (deutsch Intelligente Objekte) sind Objekte, die mit Ortungs- und Kommunikationstechnologien ausgestattet werden und in ein IoT-Kommunikationsnetz eingebunden sind.
Diese intelligenten Objekte können Daten erfassen, speichern und verarbeiten und mit anderen Gegenständen, Systemen oder mit Menschen interagieren. Sie können für sich selbstständig Daten über Lokalisierung und Sensoren erfassen, sowie Entscheidungs- und Steuerfunktionen über Aktoren ausführen. Das gleiche können sie auch eingebettet in anderen Objekten leisten.
Smart Objects kommunizieren über das Internet oder lokale Netwerke. Die Datenübertragung erfolgt über Technologien wie RFID, LPWAN (z.B. mioty oder LoRa) Bluetooth, 5G oder NFC (Near Field Communication).
Mehrwert von Smart Objects
Smart Objects schaffen Mehrwert
Die Funktionalitäten schaffen sowohl für Unternehmen als auch für den Menschen einen erheblichen Mehrwert:
- Arbeitsunterstützung: Unterstützung des Menschen durch intuitive bedienbare Geräte und neuartige cyberphysische Dienste
- Digitale Datenverarbeitung: Gewinnung zusätzlicher Informationen über Prozesse in kürzeren Zeitabständen
- High Resolution Management: Unterstützung der Planung, Führung und Controlling durch die automatisierte Datenerfassung
Funktionen von Smart Objects im IoT
Von Smart Objects zu Ambient IoT
Ambient IoT bezeichnet eine neue Klasse drahtloser Kommunikation, die sich weitgehend autark durch die Nutzung von Energie aus der Umgebung versorgt. Es handelt sich hierbei um ein Ökosystem für die Verbindung und Automatisierung einer großen Anzahl von intelligenten Objekten und Geräten, in dem jedes Objekt mit Hilfe von kostengünstigen, selbstversorgten Sensorknoten zu einem drahtlosen Sensornetz verbunden ist.
„Ambient IoT“ und „Zero Energy Communications" sind zentrale Themen der aktuellen 3GPP- und IEEE-Standardisierung zu IoT-Geräten, die durch Energy Harvesting betrieben werden und energieoptimierte Funkprotokolle verwenden. Mit unseren drahtlosen Systemen können Smart Objects durch Energy Harvesting mehrere Jahre lang autonom betrieben werden.
Unser Fokus liegt auf aktuellen Möglichkeiten, Beispielen sowie theoretischen und praktischen Grenzen der Realisierung von energieautarken drahtlosen Sensoren, die nachhaltig aus Energy Harvesting-Quellen versorgt werden. Wir betrachten verschiedene Anwendungsszenarien sowie unterschiedliche Funksysteme wie LPWAN, WLAN, Bluetooth und RFID in Verbindung mit aktuellen Standardisierungsaktivitäten in 3GPP und IEEE.
Smart Objects in der Industrie 4.0
Paradigmenwechsel in der Fertigung
Von der zentralen Steuerung hin zur dezentralen Intelligenz: Aus der Fertigungskette wird das Fertigungsnetzwerk.
Mithilfe drahtloser intelligenter Objekte wird ein klassischer Produktionsprozess dezentralisiert und dynamisiert. Hierfür werden Werkstücke intelligent, indem sie beim Start der Produktion mit smarten Tags ausgestattet werden, auf denen alle relevanten Produktdaten und Kontextinformationen hinterlegt sind. Somit hat das Werkstück Kenntnis über sich selbst, weiß beispielsweise, was es werden soll und wie es gefertigt werden kann.
Smart Objects als Betriebstechnologie
Smart Objects funktionieren in der Industrie 4.0 als Operational Technology (OT), zu deutsch „Betriebstechnologie" und machen eine Produktionsstätte damit zu einer intelligenten Fabrik (Smart Factory). Die drahtlosen Smart Objects kontrollieren und steuern Produktionsanlagen und werden in verschiedenen Branchen wie der Automobilindustrie, im Bauwesen, der Medizin und im Energiesektor eingesetzt.
Edge Computing mit drahtlosen Sensoren
Edge Computing in der Produktion kann den ökologischen Fußabdruck von Herstellern deutlich reduzieren. Wenn die Sensordaten am Rande der Produktion verarbeitet werden, sinkt der Energieverbrauch während des Prozesses. Zeitgleich ermöglicht Edge Computing mit Sensoren eine Echtzeit-Überwachung.
Industrial IoT (IIoT)
Das industrielle Internet der Dinge ist ein Ökosystem, das es ermöglicht, industrielle Abläufe mithilfe von Sensoren, Geräten, Anwendungen und Netzwerkausrüstung zu analysieren, zu überwachen und zu steuern. Die automatisierte Messung des Zustands von industriellen Systemen und Geräten wird durch IIoT-Sensoren ermöglicht.