Ambient IoT: Make it smart, make it wireless

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 smarten Objekten und Geräten, in dem jedes Objekt mit Hilfe von kostengünstigen, selbstversorgten Sensorknoten zu einem drahtlosen Sensornetz verbunden ist.

Als einer der wichtigsten Mechanismen zur Energieversorgung stützt sich Ambient IoT auf Energy Harvesting, welches Kabel zur Stromversorgung oder das Nachladen von Batterien in mobilen Geräten und smarten Objekten überflüssig macht. Vibrationen an Geräten, Maschinen und Bauwerken oder Temperaturunterschiede zwischen Rohren, Leitungen, Heizkörpern oder Ventilen und der Umgebung können genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Auch der Einsatz von Solarzellen ist Indoor wie Outdoor zur Energieerzeugung möglich. Diese elektrische Energie kann direkt zur Versorgung von kleinen elektronischen Systemen verwendet werden.

Gibt es Schätzungen über das mögliche Einsparpotenzial dieser Technologie?

Durch die Versorgung eines Sensorknotens aus Energy Harvesting-Quellen wird dieser autark von anderen Energielieferanten. Eingespart werden die Kosten für den Energiespeicher, z.B. einer Batterie, und Wartungsaufwand wie zum Beispiel den Batteriewechsel bzw. der Aufwand zur kabelgebundenen Versorgung und deren Installation. Die Art und Höhe dieser Einsparungen sind jedoch je nach Anwendung individuell sehr verschieden und können nicht allgemein für jeden möglichen Use Case beziffert werden.

Ist ein marktreifes und massentaugliches Produkt in absehbarer Zeit vorstellbar?

Für den energieautarken Betrieb sind nur schwer massentaugliche Produkte vorstellbar, da der Betrieb aus Energy Harvesting-Quellen spezifisch für den Anwendungsfall und die dort vorhandenen Energiequellen angepasst werden muss. So wird eine Versorgung aus Vibrationsenergie immer an die vor Ort auftretenden Schwingungsamplituden und Frequenzen angepasst.

Wie kann man mit dem Fraunhofer IIS beim Thema energieautarke IoT-Kommunikation zusammenarbeiten bzw. mit welchen Partnern arbeitet das Fraunhofer IIS hier zusammen?

Das Fraunhofer IIS bietet Studien und F&E-Dienstleistungen zur Optimierung von drahtloser Sensorik und IoT-Kommunikation an, sowie Entwicklungen von energieautarken IoT-Modulen und Sensorik auf Basis von Energy Harvesting. Dabei kann auch Sensorik, Lokalisierung und Datenvorverarbeitung miteingeschlossen werden.

Ambient IoT und „Zero Energy Communications" sind zentrale Themen der aktuellen 3GPP- und IEEE-Standardisierung zu IoT-Geräten, die durch Energy Harvesting batterielos betrieben werden und energieoptimierte Funkprotokolle verwenden. 

Technologieberatung und Entwicklung

Das Fraunhofer IIS bietet in diesem Kompetenzfeld

• Das Design von Sensorsystemen – bei Bedarf die ganze Kette aus IoT-Sensor, Sensordatenverarbeitung, Energieversorgung und Übertragung (Backend und Ereigniserkennung)
• Die Orchestrierung von Know-How der Fraunhofer-Gesellschaft für eine optimale Kundenlösung 
• Zugang zu Use Cases und Anforderungsprofilen durch Mitarbeit in den Standardisierungsgremien (IEEE, 3GPP)
• Wissen zur Anwendung von Edge Cloud-Ansätzen und KI für das Gesamtsystem
• Methodik zur Energieverbrauchsmessung und -analyse in 5G NB-IOT, Bluetooth, Wifi/IEEE, weitere Standards ​
• Entwicklung und Betrieb von energieeffizienten drahtlosen Sensoren mit Energy Harvesting-Quellen ​
• Entwicklung von Funksystemen

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