Ein Angebot von /

Intelligente Autonomie an der Edge – Automobilsensoren mit eigenständiger Entscheidungsfähigkeit

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Millimeterwellen-Sensoren (mmWave) sollen den Ampeln die Fähigkeit verleihen, direkt vor Ort fundierte Entscheidungen zu fällen.
Millimeterwellen-Sensoren (mmWave) sollen den Ampeln die Fähigkeit verleihen, direkt vor Ort fundierte Entscheidungen zu fällen. (Bild: TI)

Ihre Ampel ist rot, obwohl kein weiteres Fahrzeug die Kreuzung passieren möchte? Die Lösung für dieses Problem kommt in Form der Millimeterwellen-Sensoren. Doch weshalb sollte ein mmWave-Sensor dies wirkungsvoller können als beispielsweise eine Kamera oder ein schlichter Bewegungssensor?

Die kurze morgendliche Fahrt zur Arbeit wird für Robert Ferguson durch das Warten auf das grüne Licht an der Ampel unnötig verlängert. „Ich habe rot, obwohl aus keiner anderen Richtung ein anderes Auto kommt“, beklagt er sich. „Ich muss mich jedes Mal schon vor der Fahrt fest vornehmen, mich nicht darüber aufzuregen, weil es mir ständig so geht.“

Wir kennen das natürlich alle, aber für den Leiter der Industrial Radar Group von Texas Instruments (TI) ist so etwas besonders schmerzlich. Ferguson weiß nämlich, dass nur ein einfacher Radar-Chip erforderlich wäre, um ihm auf der Fahrt zur Arbeit grüne Welle zu geben. Er kann es deshalb nicht mehr erwarten, bis die Millimeterwellen-Sensoren (mmWave) den Ampeln die Fähigkeit verleihen, direkt vor Ort fundierte Entscheidungen zu fällen.

Lange wird es bis dahin wohl nicht mehr dauern, denn die mmWave-Technologie ist bereits in die Massenproduktion gegangen, um Kunden im Industrie- und Automobilbereich fortschrittliche Radarsensoren zur Verfügung zu stellen. Als erstes Unternehmen bietet TI den präzisesten Single-Chip-Radarsensor in CMOS-Technologie an. Ausgestattet mit einem Mikrocontroller, einem HF-Frontend, einem Hardwarebeschleuniger und einem programmierbaren digitalen Signalprozessor (DSP), können die TI-mmWave-Sensoren die Entfernung, die Geschwindigkeit und den Winkel eines Objekts mit dreimal höherer Auflösung berechnen als irgend ein anderer Radarsensor auf dem Markt, um anschließend über die notwendige Aktion zu entscheiden.

Sensoren mit tiefgreifenden Konsequenzen

Radarsensoren früherer Generationen waren größer und deutlich komplexer. Sie enthielten mehrere diskrete Bauelemente auf einer Leiterplatte, die über durchsatzstarke Schnittstellen mit einem Prozessor auf einer zweiten Leiterplatte verbunden waren. Bei den mmWave-Sensoren von TI ist es dagegen anders: hier sind analoge und digitale Schaltungen auf einem Chip vereint. Im Unterschied zu rein analogen Radarsensoren müssen die mmWave-Sensoren außerdem keine Daten an einen Prozessor oder Server oder in die Cloud übermitteln, um auf Instruktionen zu warten.

„Die gesamte Intelligenz befindet sich im Sensor“, sagt Ferguson und betont: „Das verstehen wir unter intelligenter Autonomie an der Edge.“

Die präzisen und weitreichend programmierbaren mmWave-Sensoren bergen somit das Potenzial, weit mehr zu leisten als Robert Ferguson auf dem Weg zur Arbeit eine grüne Welle zu bescheren. Ganz gleich, ob es um die Steigerung des Komforts zu Hause, um mehr Effizienz am Arbeitsplatz oder um bessere Smart-City-Lösungen geht – diese Sensoren haben tiefgreifende Konsequenzen.

Kunden aus dem Automotive- und Industriebereich setzen die TI-Sensoren bereits jetzt in ihren Produkten ein oder spezifizieren sie für künftige Lösungen. Gleiches gilt für die Landwirtschaft, die Drohnenentwicklung, das Gesundheitswesen, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter oder den Security-Sektor. Kishore Ramaiah, der in leitender Funktion in unserer Automotive Radar Group tätig ist, erklärt dazu: „Da unser hochgradig programmierbarer Sensor aus integrierten analogen und digitalen Funktionen besteht, ist er für unsere Kunden einfach anzuwenden.“

Allgegenwärtigkeit anstatt Singularität

Damit hier kein Zweifel aufkommt: Der Begriff „intelligente Autonomie an der Edge“ ist mehr als nur ein anderer Ausdruck für künstliche Superintelligenz. Egal ob eine Entscheidung nun vor Ort oder im Netzwerk gefällt wird, handelt es sich hier doch immer noch „um eine Verarbeitungseinheit, die mithilfe von Hardware, Software und Logik Entscheidungen über ein größeres Netzwerk kommuniziert“, sagt Ferguson. „Unser Ziel auf der industriellen Seite besteht darin, bestimmte Applikationen durch Hinzufügen von Sensorik zu verbessern. In einigen Fällen wollen wir andere Sensortechnologien wie etwa optische Verfahren oder Lidar aufwerten, wenn wir darin eine Verbesserungsmöglichkeit sehen.“

Um den Weg für autonome Fahrzeuge zu ebnen, müssen die mmWave-Sensoren laut Ramaiah mit mehreren anderen Sensor-Modalitäten wie etwa Kameras, Lidar und Ultraschallsensoren zusammenarbeiten. „Eine bestimmte Sensortechnologie kann eine spezifische Schwachstelle haben, die von einer anderen Sensortechnologie kompensiert werden kann“, so Ramaiah.

Unabhängig davon, ob der Einsatz allein oder zur Aufwertung anderer Sensoren erfolgt, dürften die Vorteile der Echtzeit-Entscheidungsfähigkeit, der niedrigen Leistungsaufnahme und des geringen Platzbedarfs den mmWave-Sensoren von TI zu großer Verbreitung, wenn nicht sogar zu Allgegenwärtigkeit verhelfen.

Wie mmWave-Sensoren alles verändern

Weshalb aber sollte ein mmWave-Sensor die morgendliche Fahrt zur Arbeit für Robert Ferguson wirkungsvoller verbessern können als beispielsweise eine Kamera oder ein schlichter Bewegungssensor? Nun, zunächst einmal ist die Radarlösung robuster. Während die Funktion von Kameras und anderen Technologien durch die Umgebungsbedingungen beeinträchtigt werden kann, ist Radar selbst bei völliger Dunkelheit, Regen und extremen Temperaturen in der Lage, die Entfernung von Autos zu ermitteln. Mit ihren integrierten digitalen Verarbeitungsfunktionen können die mmWave-Sensoren außerdem selbstständig Entscheidungen fällen.

Dazu Ferguson: „Der Radarsensor kann feststellen, dass er in dieser Richtung Autos in 50 m Entfernung erkennt und in der anderen Richtung in 75 m Entfernung, um daraufhin zu entscheiden, dass er für diese Fahrzeuge die Ampel auf grün schaltet, während alle anderen Autos anhalten müssen. Ohne diese Verarbeitungsfähigkeit müsste der Sensor seine Beobachtungen an eine Steuerzentrale weiterleiten, die daraufhin die Anweisungen zum Schalten der Ampel zurückübermitteln würde.“

Mit dieser Entscheidungsfähigkeit kann ein mmWave-Sensor vor Ort die notwendigen Aktionen bestimmen und seine Wahl anschließend zum Zweck der Aufzeichnung dem Netzwerk mitteilen.

Für die mmWave-Sensoren lassen sich jedoch noch weitere transformative Bewegungserkennungs-Anwendungen ausmachen:

  • Vermeidung von Fehlalarmen durch Video-Türklingeln: „Jeder, der über solch ein System verfügt, hat schon einmal viele vergeudete Videosekunden auf seinem Handy vorgefunden, nur weil die Kamera auf einen sich bewegenden Ast oder dergleichen reagiert hat“, berichtet Ferguson. Mit einem mmWave-Sensor bestückt, kann die Türklingel dagegen zwischen Menschen, Tieren und anderen beweglichen Objekten unterscheiden, bevor sie darüber entscheidet, was aufgezeichnet werden muss.“
  • Unterstützung für Einsatzkräfte: Bei Notfällen in Büro- oder Wohngebäuden ermöglichen die mmWave-Sensoren von TI die Detektierung kleinster Bewegungen durch Wände hindurch, sodass den Einsatzkräften die schnellere Rettung von Menschen ermöglicht wird. Selbst bewusstlose Personen lassen sich feststellen, da die Radartechnik sogar winzigste Bewegungen erkennen kann, wie sie der Brustkorb beim Atmen ausführt.
  • Optimierung von Umgebungen im Indoor-Bereich: Mit mmWave-Sensoren können intelligente Gebäudesysteme die Heizung, Klimatisierung und Beleuchtung von Räumen an die Anzahl und den Durchsatz der Personen in einem Raum anpassen. Natürlich lässt sich ach mit Kameras die Zahl der Personen in einem Raum feststellen, aber die mmWave-Sensoren leisten dies ohne Verletzung der Privatsphäre, auch bei Dunkelheit und sogar durch Wände und Türen hindurch.
  • Kontaktlose Überwachung von Patienten und Neugeborenen: An der Decke, unter der Matratze oder hinter einer Wand angebracht, bieten die mmWave-Sensoren die Fähigkeit, die Herz- und Atemfrequenz oder andere Vitalzeichen eines Menschen zu überwachen, ohne sie dabei zu berühren. Integriert in ein medizinisches System, können hochempfindliche Personen wie etwa Kleinkinder oder Menschen mit Verbrennungen überwacht werden, ohne ihnen den zusätzlichen Schmerz einer physischen Interaktion zuzumuten oder sie mit lästigen Sonden oder Elektroden zu belasten.

Automobile Autonomie in den unterschiedlichsten Ausprägungen

Inner- und außerhalb von Automobilen finden sich zahlreiche, vielfältige Anwendungen für die mmWave-Sensoren von TI. Radarsysteme für Autos gibt es schon eine ganze Weile, aber laut Ramaiah ist mit den mmWave-Sensoren von TI nunmehr kaskadiertes Radar möglich.

„Wir können mehrere Radar-Transceiver in einer kaskadierten Konfiguration verbinden, damit Autos Objekte auch in Entfernungen von 350 m oder mehr detektieren können“, sagt Ramaiah. „Dabei werden wir eine Genauigkeit von weniger als 1° erreichen können, was bereits auf dem Performance-Niveau der Lidar-Technik liegt.“

Ramaiah sagt voraus, dass Millimeterwellen-Radar bis 2025 zu einer entscheidenden Technologie für die Frontradar-Systeme autonomer Autos werden wird, zumal diese Technik an mehreren Stellen im und am Auto eingesetzt werden kann. Dies hat unter anderem diese Vorteile:

  • Kinder und Haustiere können auf dem Rücksitz eines Autos detektiert werden, um Autofahrer an die Gegenwart weiterer Passagiere zu erinnern.
  • Am Steuer einschlafende Fahrer lassen sich durch Vibrationen des Sitzes oder des Lenkrads wecken. mmWave-Sensoren können die Schläfrigkeit des Fahrers auch dann feststellen, wenn er eine Sonnenbrille trägt oder das Sonnenlicht so hell ist, dass eine Kamera nicht mehr effektiv wäre.
  • Sensoren, die auf die Atmung oder die Herzfrequenz-Variabilität reagieren, können Autofahrern bei einem plötzlichen Unwohlsein helfen, indem sie beim Navigieren des Fahrzeugs helfen und die Auslösung eines Notrufs veranlassen.
  • Autotür-Systeme können ein Verletzen der Finger, Kollisionen mit vorbeifahrenden Fahrradfahrern oder Beschädigungen benachbarter Fahrzeuge verhindern.
  • Da wechselnde Temperaturen oder Störbeeinflussungen auf derselben Frequenz zum Versagen von Ultraschall-Einparkhilfen führen können, eignen sich die mmWave-Sensoren von TI als Hilfestellung für das automatisierte Einparken. Dazu Ramaiah: „Die zusätzliche Funktionalität von Radarsensoren wird die Art und Weise, wie Einparkhilfen realisiert werden, verändern. Die Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen ist genau der Grund, weshalb Fahrassistenzsysteme die Radartechnik benötigen.“

Unsere Zukunft ist radarunterstützt

Drohnen, Gabelstapler und Staubsaugroboter sind nur einige der vielen hundert weiteren Anwendungen, die sofort von Intelligenz an der Edge profitieren können. Ausschlaggebend hierfür ist die Fähigkeit der mmWave-Sensoren zur Erkennung von steilen Abhängen, Stromleitungen und anderen Hindernissen. Nach Ramaiahs Worten gibt es darüber hinaus jedoch noch eine Unmenge von Anwendungen, für die Verwendung integrierter mmWave-Sensoren erst noch sondiert werden muss. Für Automobile kann er sich beispielsweise die Verwendung von mmWave-Sensoren für die Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug und für die Warnung vor Gefahrenstellen vorstellen.

Was die künftigen Einsatzmöglichkeiten im industriellen Bereich betrifft, erwartet Ferguson verstärkt automatisierte Lager sowie auf lange Sicht auch die auf Radarsensoren gestützte Produktauslieferung. Besonders angetan ist er von der Möglichkeit, die einzigartigen Fähigkeiten der mmWave-Sensoren zu kombinieren, um die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter zu ermöglichen.

„Schließlich stellt Radar gleichzeitig drei Informationen über ein Objekt zur Verfügung, nämlich Entfernung, Geschwindigkeit und Winkel“, so Ferguson. „Dies macht die gleichzeitige Bewegungs- und Gestenerkennung möglich.“

In einer automatisierten Fabrik, in der Alarmsignale ertönen, sobald sich Menschen gefährlichen Maschinen bis auf wenige Meter nähern, können mmWave-Sensoren den Alarm frühzeitiger auslösen, wenn sich eine Person mit höherer Geschwindigkeit nähert. „Auf diese Weise können wir Schutzvorkehrungen treffen, damit weniger Unfälle passieren“, erläutert Ferguson. Selbst automatische Türen können intelligenter werden und erkennen, wenn der Körper einer Person in Richtung Tür weist, während die Tür bei Passanten geschlossen bleibt.

„Wir produzieren die Bauteile, die unsere Kunden in Anwendungen einsetzen, die wir dann im täglichen Leben nutzen“, so Ferguson. „Was die Verbreitung dieser Technik angeht, sehen wir derzeit allerdings nur die Spitze des Eisbergs.“

Wie mmWave-Sensoren Schäden an Ihrem Auto verhindern

Wie mmWave-Sensoren Schäden an Ihrem Auto verhindern

01.10.18 - Beim Aussteigen aus dem Auto knallt die Tür versehentlich gegen ein benachbartes Auto oder einen Lampenmast, den man zuvor übersehen hat. Oder ist Ihre automatisch öffnende Heckklappe schon einmal gegen das Garagendach gestoßen? Abhilfe schaffen Millimeterwellen-Sensoren. Warum und welche Vorteile die mmWave-Sensoren gegenüber anderen Sensoren bieten, lesen Sie in unserem Beitrag. lesen

Millimeterwellen-Radar im Mobilitätssektor – Intelligentere Autonomie am Edge

Millimeterwellen-Radar im Mobilitätssektor – Intelligentere Autonomie am Edge

13.09.18 - Sensorik am Edge ist weder vom Konzept noch vom praktischen Einsatz her etwas Neues. Mit der Einführung der Millimeterwellen-Radartechnik ergeben sich neue Möglichkeiten, aber auch neue Herausforderungen. lesen

Wie sich per mmWave-Sensoren Fahrzeuginsassen erkennen und schützen lassen

Wie sich per mmWave-Sensoren Fahrzeuginsassen erkennen und schützen lassen

31.08.18 - Um die Insassen eines Fahrzeuges effektiv zu schützen, ist es elementar, exakt festzustellen, ob und auf welchen Sitzen sich Personen in einem Fahrzeug befinden. Die Millimeterwellen-Sensortechnik (mmWave) kann die Präsenz einer Person selbst unter schwierigen Bedingungen wie etwa in hellem Sonnenlicht oder bei Dunkelheit erkennen. lesen

mmWave-Sensoren: Detektierungs- und Trackingfunktionen für intelligente Transportsysteme

mmWave-Sensoren: Detektierungs- und Trackingfunktionen für intelligente Transportsysteme

09.10.18 - Einer der entscheidenden Aspekte einer Smart City ist ein mit Sensoren bestücktes intelligentes Transportsystem, das den „Gesundheitszustand“ der Stadt überwacht. Mit mmWave-Sensoren ergeben sich nun neue und vor allem intelligentere Möglichkeiten. lesen

* basierend auf Informationen von Texas Instruments

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45584270 / Sensoren)