Mikroelektronik, Sensorik und Künstliche Intelligenz für Industrie 4.0

„Endlich wieder persönlich!“ so die einhellige Rückmeldung der Teilnehmer des Projekttreffens KI-MUSIK4.0, zu dem am 10. Mai 2022 die zahlreichen Projektpartner aus ganz Deutschland nach Villingen-Schwenningen reisten, um sich über den Projektfortschritt und das weitere gemeinsame Vorgehen auszutauschen.

Das BMBF geförderte Projekt, welches ein Volumen von gut 9,5 Mio. Euro für drei Projektjahre aufweist, wird vom Unternehmen Schaeffler Technologies koordiniert. Als weitere Industriepartner konnten Infineon, FESTO, IMS GEAR, BALLUFF, Binder-Elektronik sowie regionale KMU wie Knowtion und Stackforce gewonnen werden. Deren Expertise wird von renommierten Forschungseinrichtungen wie den Fraunhofer Instituten in Duisburg und Oldenburg, der Universität des Saarlandes als auch Hahn-Schickard ergänzt.

Die Vernetzung von Sensorik, wie z.B. Akustik- und Beschleunigungssensoren, deren Daten Auskunft über den Zustand einer Anlage geben, ermöglichen die Überwachung von industriellen Prozessen und Maschinen. Dabei wird hochleistungsfähige Mikroelektronik in Kombination mit Sensorik und eingebetteter Software verwendet, um Prozessdaten in Industrieanlagen zu sammeln und zu verarbeiten um dadurch eine umfassende Digitalisierung von Produktionsprozessen und Betriebsabläufen in der Industrie zu erzielen.

KI-MUSIK4.0 hat es sich zum Ziel gesetzt, diesen Prozess durch die Verwendung neuester Elektroniktechnologien in Kombination mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) sowie des Maschinellen Lernens (ML) für industrielle Anwendungen weiter zu entwickeln. Jeder Sensor soll dabei große Datenmengen mittels KI vorverarbeiten und bewerten, infolgedessen jede Sensoreinheit deutlich weniger und zugleich zuverlässigere Informationen an die Basisstation sendet und sich dadurch die Datenmengen erheblich reduzieren lässt. Die neuartigen Sensorkonzepte direkt an der Produktionsstätte sind zuverlässiger, schneller und energiesparend. Die beschleunigte Kommunikation erlaubt zudem eine Überwachung der Produktionsanlagen in Echtzeit.

 „Wir freuen uns außerordentlich, dass sich unser Institut an solch einem hochkarätigen Projekt beteiligt und sind mit Begeisterung bei der Sache! Mittels Mikrosensorik und KI die Produktionsprozesse unserer Partner und Kunden nachhaltiger zu machen ist unsere Motivation und liegt genau im Fokus unserer F+E Angebote“ so Alfons Dehé, Hahn-Schickard Institutsleiter.

Der Fokus von Hahn-Schickard bei diesem Projekt liegt auf der Erforschung und Entwicklung eines mikroelektronischen Multisensorsystems, wobei eine auf dem ASIC integrierte analoge Signalvorverarbeitung höherwertige Informationen („Smart Data“) zur Verfügung stellt. Hierfür werden bei Hahn-Schickard speziell auf die Anwendung optimierte kapazitive MEMS Beschleunigungssensoren sowie piezoelektrische Akustiksensoren inklusive einer energieoptimierten integrierten Ausleseschaltung entwickelt. Die analoge Signalvorverarbeitung erlaubt es relevante Merkmale aus den Rohsensordaten zu extrahieren, welche anschließend mit Hilfe von Methoden der KI und des ML ausgewertet werden können. Bei diesem Ansatz werden nur noch die relevanten Merkmale aus den breitbandigen Sensorsignalen digitalisiert und übermittelt, wodurch die Anforderungen bezüglich Bandbreite und Auflösung der für die Anwendung optimierten Analog-Digital-Wandler extrem reduziert werden kann. Darüber hinaus kann mit diesem neuartigen Ansatz die Energieeffizienz des Gesamtsystems gesteigert werden.

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