Innovations- und Technikanalyse Autonomer Verteilter Mikrosysteme

Autonome Verteilte Mikrosysteme (AVM) sind kleinste, eigenständige funktionale Systeme, die als programmierbare Mikromodule mit sensorischen Eigenschaften universell einsetzbar sind. Sie besitzen zudem die Fähigkeit zur bidirektionalen Kommunikation in einem Netzwerk. Sie besitzen damit ein besonders hohes Einsatzpotenzial für Anwendungen, in denen übliche Sensoren aufgrund ihrer Größe und Kosten nicht oder nur mit großem Aufwand zum Einsatz kommen können. Drahtlose Datenübertragung und die Fähigkeit sich selbst als autarkes Netzwerk zu organisieren und zu kommunizieren bestimmen darüber hinaus Einsatzfelder für AVM: Sie umfassen z.B. den Katastrophenschutz (Ortung von Personen in eingestürzten Gebäuden), Medizintechnik (Zustandsüberwachung von Patienten), Automobilelektronik, Logistik, Landwirtschaft und Überwachung und Steuerung chemischer Prozesse. Ziel dieser Innovations- und Technikanalyse (ITA) ist es, zwei potenzielle, exemplarische Anwendungsfelder von AVM (Landwirtschaft und Überwachung bzw. Steuerung in der Automatisierungstechnik) im Detail zu untersuchen. Mit Hilfe von Szenario- und Roadmappingtechniken werden Anforderungen, ökonomische Randbedingungen, Akzeptanz- und Umweltfragen zukünftiger Anwendungen fundiert analysiert und bewertet. Drahtlose Sensornetzwerke haben das Potenzial, zur Reduktion des CO2-Ausstoßes von mehreren hundert Millionen Tonnen pro Jahr beizutragen. Vernetzte Sensorik für das Precision Farming kann bis 2020 eine Einsparung von 3.6 Millionen m³/a bewirken. Der Markt wird mittel bis langfristig eine Größenordnung im Milliardenbereich err eichen (Stückzahlen). Aus der ITA ergeben sich direkt Handlungsempfehlungen für die weitere Forschung und Entwicklung, einerseits in technologischer Hinsicht: 1. Energieeffizienz und Powermanagement von AVM-Komponenten, da die Energieversorgung häufig limitierender Faktor für Lebensdauer und/oder Miniaturisierung sind, 2. Technologien der Miniaturisierung und Systemintegration; jedoch ist ein hoher Miniaturisierungsgrad bei weitem nicht für alle Anwendungsfälle zwingend erforderlich, 3. Sensorik für (bio-)chemische Analytik mit der Fähigkeit zur Regeneration der reaktiven Flächen und zur Selbstkalibrierung 4. Optimierung der Netzwerkprotokolle für multi-hop Netzwerke und Selbstorganisation, sowie vorausschauende und reaktive Systeme, Netzwerke mit mehreren hundert Sensorknoten Aus der Sicht gesellschaftlicher Anforderungen sind insbesondere Sicherheits- und Akzeptanzfragen als kritisch einzustufen und durch begleitende Maßnahmen zu adressieren. Wesentlicher Handlungsbedarf von Seiten ökologischer Anforderungen lässt sich mit folgenden Schwerpunkten umreißen: 1. Vermeidung von besonders seltenen Basismetallen, sofern Massenanwendungen von AVM adressiert sind, 2. Vermeidung von Schadstoffen in den Komponenten, insbesondere für schwer bzw. nicht rückholbare Sensorknoten, 3. Vorantreiben von Grünen AVM-Anwendungen, d.h. Entwicklung von Lösungen für Anwendungsfelder, in denen Monitoring durch Sensorknoten zu erheblichen Effizienzsteigerungen und Umweltentlastungen führen können.