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Aus dem Facharchiv: Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Betriebsführung
Funktechnologie im Zeitalter von IoT und Industrie 4.0; Teil 1: Einführung und Grundlagen der Funktechnik

Bereits im Jahre 1999 prophezeite der amerikanische Wissenschaftsredakteur Neil Gross in einem Business-Week-Artikel, dass sich „der Planet Erde im nächsten Jahrhundert eine elektronische Haut überstreifen werde“.

(Bild: irinastrel123/stock.adobe.com)

Das elektronische Gegenstück zur menschlichen Haut ist bereits vorhanden. 
Es wird das Internet als Hilfsmittel nutzen, um seine Empfindungen zu fördern und zu übertragen.

Es besteht aus Millionen eingebetteter elektronischer Messeinrichtungen: Thermostaten, Druckmessern, Umweltverschmutzungsdetektoren, Kameras, Mikrophonen, Blutzuckersensoren, EKGs, Elektroenzephalogrammen. Damit werden Städte und gefährdete Arten beprobt und überwacht, die Atmosphäre, Schiffe, Straßen, LKW-Flotten, unsere Unterhaltungen, unsere Körper und sogar unsere Träume. Das wird das Internet of Things von morgen sein …

Von Web 1.0 bis 4.0

Web 1.0.In den Anfängen des Internets (1994 – 2000) lag sein Schwerpunkt auf der Verbreitung von Informationen über statische Homepages und HTML-Portale weniger Autoren an Millionen Empfänger.

Web 2.0. Ab der Jahrtausendwende (2000 – 2010) wurde das Internet zunehmend von Interaktivität geprägt. Der Nutzer nahm nicht nur Informationen entgegen, sondern entwickelte sich zum Mitgestalter und Lieferanten von Inhalten. Begriffe wie soziales und kollaboratives Netz entstanden, welche Interaktivität (blogs, wikis, private Homepages, …) und im Netz laufende Anwendungen für eine praktisch unbegrenzte Anwendergemeinde beschrieben.

Web 3.0. Heute befindet man sich in der ausklingenden Web-3.0-Phase (2010 – 2020), deren Fokus auf der mobilen und personalisierten Web-Nutzung durch das Individuum liegt. Nachgefragte Inhalte (content) werden dynamisch und spezifisch erzeugt und zugestellt. Der Nutzer engagiert sich mehr und mehr zum aktiv mitgestaltenden Teil der Internetgemeinschaft.

Web 4.0. Das Web 4.0 (2020 – 2030) wird im Zeichen selbstlernender Maschinenintelligenz stehen, die sich an der Nachfrage des Nutzers und seinem Kenntnisstand orientiert, um sich dynamisch daran anzupassen. Das Internet wird sich dem Individuum gegenüber als weltweiter, selbstorganisierender Computer und umfassende Wissensbasis präsentieren. Dazu ist eine Unmenge von Informationen mit Hilfe von Sensoren zu generieren. Diese sind zu übertragen, zu bewerten und in Reaktionen umzusetzen. Einem derartigen „Internet der Dinge“ (Internet of Things: IoT) gehört die Zukunft. Ohne Zweifel wird der Mensch in wachsendem Maß mit künstlicher Intelligenz konfrontiert werden, welche die Grenzen der Mensch-Maschine-Kommunikation immer stärker verwischt oder gar aufhebt.

IoT-Anwendungen

Eine wesentliche Voraussetzung für das IoT sind drahtlose Hilfsnetzwerke zur Verknüpfung einer nach oben offenen Zahl von Sensoren und Aktoren in Gegenständen des alltäglichen Lebens. Sie sollen über eine Schnittstelle zum Internet dem Sammeln und Verteilen von Daten und Instruktionen dienen. Anschaulich und umfassend sind IoT-Anwendungen unter [1] beschrieben. Einige Beispiele aus einer unerschöpflichen Vielfalt: Baby-, Senioren- oder Patientenmonitoring, Medikamentenbox, elektronische Pille, Thermostaten, Steckdosen, Beleuchtungen, Sensoren im Smartbuilding, Pflanzenbewässerungssyteme, Mülltonnen, Parkplatzfinder, Abwassermanagement, Energieverbrauchssensoren, Straßenbeleuchtung, Umweltdatensammlung, Zustands- und Reparaturüberwachung, Farmmanagement, Brand-
schutz, Produktions- und Qualitätsüberwachung, Raumluftüberwachung, Fließgewässerüberwachung, Erdrutschwarnsysteme, Verfolgung illegaler Holzeinschläge, usw. Die Auswertung und Reaktion auf vom Standard abweichende Daten wird intelligenter als in der Vergangenheit sein. Beispielsweise soll in Zukunft in einem Haushalt bei einer festgestellten Undichtigkeit der Gasleitung nicht nur ein Warnsignal ertönen. Zudem ist es sinnvoll, die Gasverbraucher automatisch auszuschalten und Warnmeldungen an die Smartphones der Familienmitglieder und/oder die Feuerwehr zu versenden.

„Elektronische Haut“

Die „elektronische Haut über dem Planeten Erde“ sah Neil Gross, amerikanischer Wissenschaftsredakteur, bereits im August 1999 in Analogie zur menschlichen Haut, als geradezu unheimliche Leistung der Ingenieurkunst der Natur. Sie produziert immense Datenmengen aus Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und gefühlten Oberflächenstrukturen. Sie registriert Luftbewegung, fühlt die Größe von Objekten über den Abstand der Kontaktpunkte, warnt uns vor Gefahren und bereitet uns für wohlige Empfindungen vor. Aber die Haut leistet mehr, als oberflächliche Ereignisse zu registrieren – sie ist ein Steuerungsinstrument. Sie sendet Signale um den Blutfluss zu regulieren, aktiviert Schweißdrüsen, alarmiert Immunzellen über marodierende Eindringlinge, blockiert ultraviolettes Licht und regeneriert sich selbsttätig. Das elektronische Gegenstück zur menschlichen Haut nutzt das Internet als Hilfsmittel, um seine Empfindungen zu fördern und zu übertragen. Es besteht aus Millionen eingebetteter elektronischer Messeinrichtungen.

Anforderungen

Diese Entsprechung veranschaulicht, dass die Datenübertragung im IoT notwendigerweise nicht leitungsgebunden erfolgen kann. Drahtlose Kommunikationsverbindungen zu der ungeheuren Vielzahl von „Dingen“ im Internet (man schätzt, dass es bereits im Jahr 2020 über 25 Milliarden verbundener „Dinge“ im Internet geben wird) sind erforderlich, welche über folgende Eigenschaften verfügen müssen:

  • Flexibilität zur schnellen Anpassung an veränderte Situationen.
  • Energieeffizienz für langen Funkbetrieb,
  • sichere und möglichst schnelle sowie latenzarme Funktechnik und
  • einen großen Funktionsradius.

Genau diese Anforderungen werden aber auch zwangsläufig bei der Umsetzung der gerade anlaufenden 4. Industriellen Revolution (Industrie 4.0) gestellt.

Die 4. Industrielle Revolution wird auf dem Zusammenschluss informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Bestandteilen (die über eine Dateninfrastruktur überwiegend drahtlos und unter dem Einsatz von künstlicher Intelligenz miteinander kommunizieren) zu einem cyber-physischen System (cyber-physical system: CPS) beruhen. Man kann zusammenfassend sagen, dass das sowohl das IoT als auch Industrie 4.0 ein hohes Maß an Dynamik, Flexibilität und Mobilität erfordern, welches nur durch die Vernetzung aller Komponenten über Funk zu erreichen sein wird.

Autor: K. Jungk

Literatur:

[1] http://www.postscapes.com/internet-of-things-examples

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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