Die Sensorik beschäftigt sich mit der Wirkung und Herstellung von Sensoren, die im Prozess der Industrie 4.0 immer zahlreicher, leistungsfähiger und vielfältiger werden. Sensoren können gut als Sinnesorgane von Computern und anderen technischen Systemen aufgefasst werden.
Der Mensch verfügt mit dem Seh-, Hör-, Riech-, Geschmacks-, Tast- und Gleichgewichtssinn über sechs bekannte Sinne. Tiere und Pflanzen wiederum können andere Sinne haben, die dem Menschen fehlen. Beispiele sind der Orientierungssinn von Brieftauben, die UV-Wahrnehmung von Bienen und Hummeln, die Verwandtenerkennung bestimmter Pflanzen, die Echolokation von Fledermäusen und Flughunden sowie der Kohlendioxidsinn der Welse, mit denen die Wassertiere ihre Opfer anhand ihrer Atmung trotz Tarnung identifizieren können.
Welche Sensoren gibt es?
Bei technischen Systemen werden Sensoren wie vom Hersteller Sensirion zur Sammlung von Daten sowie Messungen von Zuständen benötigt, die physikalisch, chemisch oder abstrakt sind. Im Gegensatz zu Indikatoren, können Sensoren nicht nur das Vorhandensein von Zuständen feststellen, sondern auch ihr Ausmaß. Die Informationen können von Menschen, aber auch von Computern abgelesen werden.
Dass in der Industrie 3.0 der Mensch einen Computer oder Automaten steuerte, war damals ein Quantensprung, der durch die Selbstregulation der Computer und Automaten in der Industrie 4.0 seine Entsprechung hat, die sich nun selbstständig steuern können. Je nach Aufgabengebiet wird unter anderem zwischen folgenden Sensoren unterschieden:
- Beschleunigungssensoren
- Füllstandssensoren
- Kraftsensoren
- Ultraschallsensoren
- Näherungssensoren
- induktive Sensoren
- optoelektronische Sensoren
- kapazitive Sensoren
- Magnetfeldsensoren
Mit Blick auf den Umweltschutz und die Eindämmung des Treibhauseffektes messen Sensoren den Anteil der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan in der Atmosphäre. Bei den Gassensoren ist der Sensirion CO2 Sensorerwähnenswert, weil dieser durch seine Handlichkeit und Leistungsfähigkeit ein beliebter Abnehmer für OEM-Komponenten namhafter Auftraggeber aus der Industrie ist.
Begleiter im Alltag
Sensoren begleiten uns zunehmend in unserem Alltag. So finden sich besonders viele Sensoren am Smartphone in Form von Beschleunigungs-, Bild-, Feuchtigkeits-, Näherungs-, Umgebungslicht-, Berührungs-, Fingerabdruck- und Gesichtserkennungssensoren sowie von Gyroskopen wieder. Im Auto erleichtern Assistenzsysteme dem Fahrer zunehmend die Steuerung seines Wagens im Straßenverkehr. Immer mehr Bewohner richten sich zu Hause ein Smart Home ein, während innovative Stadtentwickler auch in Osnabrück an der Smart City der Zukunft feilen.
Zusammenspiel mit Aktoren
Sensoren bilden zusammen mit anderen Komponenten einen Regelkreis. Bei intelligenten (smarten) Systemen sind sie üblicherweise in ein Netzwerk eingebunden, das neben Sensoren aus Aktoren und einer Steuerungszentrale besteht. Dabei stellen Sensoren und Aktoren eine Wenn-dann-Beziehung her, wobei Sensoren für die Wenn-Abläufe und Aktoren für die Dann-Abläufe zuständig sind.
Ein einfaches Beispiel ist der Rauchmelder, bei dem die Sensoren die Konzentration von Rauch in der Luft messen und die Aktoren immer dann einen Alarm auslösen, wenn die Sensoren eine gefährliche Menge von Rauchpartikeln registriert haben, die auf einen Brand hindeutet.
Lösung gegen das Komplexitätsproblem
Dem grundlegenden Problem, dass eine zunehmende Komplexität eine höhere technische Störanfälligkeit herbeiführt, wird in der Sensorik durch einen Fehlerspeicher begegnet. In diesem finden fehlerhafte Werte Aufnahme, die wiederum den Programmierern nach dem Auslesen und Interpretieren Hinweise auf Schwächen im System bieten, was eine wichtige Voraussetzung für erfolgreiches Debugging darstellt.
Die Nachfrage nach Sensoren wird zunehmen
Für intelligente Steuerungssysteme ist die Technik auf ständiges Messen angewiesen, damit eine Aktion eine entsprechende Reaktion auslösen kann. In der Folge werden Sensoren für die Industrie 4.0 immer wichtiger. Ihre wachsende Bedeutung kann jeder selbst mit Blick in sein Smartphone, Auto oder sein Haus feststellen. Selbst, wer noch über kein Smart Home im Sinne einer zentralen Haussteuerung verfügt, dürfte zumindest einen smarten Rauchmelder besitzen, so wie dies gesetzlich vorgeschrieben ist.
Mit der Integration eines Fehlerspeichers haben die Hersteller ein System entwickelt, das dem Komplexitätsproblem technischer Systeme entgegenwirkt. Damit wurde eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen, dass die weitere Entwicklung von Sensoren nicht ausgebremst wird.
