DIAMANTen für die Schule

Fehlertolerante Sensoren sowie softwarebasierte Reparaturtechniken haben im digitalen Zeitalter Konjunktur. Das Forschungsbündnis DIAMANT aus Frankfurt (Oder) sieht ein großes Verwertungspotenzial für seine zuverlässigen und energieeffizienten Sensornetze.

Florian Wätzold ist Informatikstudent an der Universität Potsdam und schreibt seine Masterarbeit am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik IHP in Frankfurt (Oder). Energieeffiziente Systeme sind sein Thema.

Damit ist er gut aufgehoben im DIAMANT-Nachwuchswissenschaftlerteam von Mario Schölzel. Dessen Stiftungsprofessur für „Zuverlässige und energieeffiziente Sensornetze“ finanzieren das Leibniz-Institut und Unternehmen aus der Region. Schölzel leitet zudem das vom Bundesforschungsministerium geförderte InnoProfile-Transfer-Projekt DIAMANT. Der Edelstein steht hier als Namenspatron für zuverlässige Sensornetze – haltbar und langlebig wie ein Diamant.

Foto von F. Wätzold

Informatikstudent Florian Wätzold befasst sich in seiner Masterarbeit mit Sensornetzen, die Interaktionen in Schülergruppen messen.

PRpetuum GmbH

Cross-Plattform für Sensorknoten

Ziel der DIAMANT-Forschung ist eine Cross-Plattform, die als Schnittstelle zu verschiedenen Betriebssystemen die Programmierung drahtloser Sensorknoten vereinfacht. Auf dem diesjährigen Statusseminar demonstrierte Informatikstudent Wätzold ein Anwendungsbeispiel für diese Software. In seiner Masterarbeit beschäftigt er sich mit der Messung von Interaktionen zwischen Schülerinnen und Schülern im Schulalltag. Mit diesem Thema hat sich der Lehrstuhl für Psychologische Grundschulpädagogik der Uni Potsdam an das IHP gewandt. „Dass sich sogar die Sozialwissenschaftler für unsere Sensorknoten interessieren, hatte mich zunächst überrascht“, sagt Professor Schölzel. Allerdings sei ihm auch klar, dass in der Wissensgesellschaft des 21. Jahrhunderts schulische Bildungsprozesse mit dem Ziel individueller Leistungsentwicklung ebenso im Fokus der Forschung stehen wie die drahtlosen Sensorkommunikationstechnologien.

Um Daten für eine Studie zu sammeln, die den Zusammenhang von Interaktion und Lernleistung untersucht, wollen die Potsdamer Sozialwissenschaftler Probanden mit DIAMANT-Sensoren ausstatten, deren Herzstück die Cross-Plattform ist.

Software zur Selbstreparatur

Das DIAMANT-Bündnis plant einen breiten Einsatz seiner Cross-Plattform – etwa zur Überwachung des Verkehrsflusses und von Industrieanlagen, im Wassermanagement und Umwelt-Monitoring wie auch in der Telemedizin. Damit deren Wartung unaufwändig ist, muss sich die Sensorknoten-Software und -Hardware durch eine hohe Zuverlässigkeit bei geringem Energieverbrauch und langer Lebensdauer auszeichnen. 

Das Foto zeigt das Innenleben eines Sensorknotens.

So sieht das Innenleben eines Sensorknotens aus. 

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Die Mitglieder des IHP-Nachwuchsforscherteams berichten über die erfolgreiche Implementierung von Fehlerinjektionsmechanismen. Mit dieser Technik wird ein eingebettetes Softwaresystem von Fehlern gezielt beeinflusst, um dessen Zuverlässigkeit unter realen Bedingungen zu testen. Mehr noch: Die Sensorknoten sollen selbständig erkennen, wo ein Fehler auftritt und sollen ihn auch selbst reparieren. Dabei helfen Code-Updates, die sicher und ohne physischen Zugriff die Software auf einem Sensorknoten aktualisieren, um das System bei einem Ausfall schnell wieder herzustellen. Als Anwendungsbeispiel wird das Netzwerkmonitoring in Krankenhäusern genannt. Hier muss eine hohe Qualität und Stabilität der Videokommunikation gewährleistet sein. DIAMANT hat dafür eine Software entwickelt, die jeweils Teilstrecken überwacht.

Für den geringen Energieverbrauch der Sensoren sind Mikrocontroller auf der Cross-Plattform verantwortlich. Sie berechnen, welcher der unterschiedlichen Schlafmodi der effiziente ist für die jeweiligen Aufgaben der Sensorknoten. Die sollen ihr Energiemanagement selber steuern. Mit dem englischen Wort wisdom benennt DIAMANT seine Entwicklung zur intelligenten Messung des Energieverbrauchs. Die WISDOM-Plattform kann über einen langen Zeitraum den geringen Stromverbrauch überwachen – in einer Wetterstation etwa oder in einem Verkehrsleitsystem.

WEITERE INFORMATIONEN

InnoProfile-Transfer-Initiative DIAMANT