Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
DieForschungsarbeiten laufen im DGF-geförderten Transregio-Sonderforschungsprojekt MARIE (Mobile Material Characterization and Localization by Electromagnetic Sensing). Die Vision von MARIE ist es, auch bewegte Materialien in unserem täglichen Umfeld präzise und dynamisch zu charakterisieren und zu lokalisieren. Um diese Vision zu erreichen, bedarf es geeigneter Geräte und Gesamtsysteme, um die Lokalisierung, Charakterisierung und Visualisierung von Materialien durchzuführen: Endziel ist ein mobiler MAteRIal TranscEiver, der entweder als neuartiges kompaktes Sinnesorgan, das die menschlichen Sinne erweitert, oder, auf einer eher industriellen Ebene, als ein Gerät interpretiert werden kann, das systematisch Materialkarten zur Suche und Klassifizierung von Objekten in beliebigen Umgebungen erstellt.
Die Charakterisierung und damit die Lokalisierung von Materialien in unserem täglichen komplexen Umfeld steckt noch in den Kinderschuhen der Forschung:
Materialien lassen sich auch heute noch prinzipiell gut charakterisieren, aber dafür sind sperrige und teure Geräte sowie vereinfachte strukturierte Messumgebungen erforderlich. Dies ist völlig ungeeignet für MARIEs Vorstellung von einer schnellen Materialerkennung in vielen verschiedenen Alltagsumgebungen. Der Bedarf an einem mobilen, leichten und energieeffizienten Gerät zur dynamischen Materialcharakterisierung stellt hier eine sehr anspruchsvolle langfristige Forschungsaufgabe dar.
Materialien können auch heute noch prinzipiell lokalisiert werden, aber ähnlich wie oben beschrieben muss eine maßgeschneiderte, energieintensive und umfangreiche Infrastruktur installiert werden und darüber hinaus liegen die derzeit erreichbaren Lokalisierungsgenauigkeiten meist im Dezimeter und nicht im angestrebten Sub-Millimeter-Bereich.
MARIE soll in drei Phasen voranschreiten, die jeweils einen Zeitraum von vier Jahren umfassen. Die erste Phase (2017-2020) konzentriert sich hauptsächlich auf den technologischen Fortschritt. In der zweiten Phase (2021-2024) wird MARIE Frequenzen von bis zu 4 THz anstreben. Schließlich soll in der dritten Phase (2025-2028) die Vision eines mobilen Sende-Empfängers erfüllt werden, der selbst bewegte Materialien in unserer täglichen Umgebung präzise und dynamisch charakterisiert und lokalisiert.
Aktuelle funkbasierte Verfahren zur Ortung mobiler Geräte (z. B. Roboter) in Gebäuden oder Räumen werden durch einen Mehrwegempfang beeinflusst, was zu einer ungenauen Positionierung mit Positionsfehlern von mehreren Dezimetern führt. Aufgrund dieser Ungenauigkeit können Kollisionen zwischen mobilen Geräten sowie zwischen mobilen Geräten und stationären Einrichtungen auftreten. Um die Materialcharakterisierung mit mobilen Geräten zu realisieren, ist eine hochgenaue Positionierung unerlässlich, da bereits kleine Ungenauigkeiten zu großen Charakterisierungsfehlern führen können.
Zentrales Ziel dieses Projekts ist die Erforschung einer innovativen, THz-radiobasierten Indoor-Lokalisierungsmethode mit hoher Genauigkeit unter Berücksichtigung minimaler Kosten für die Infrastruktur. Um die angestrebte Genauigkeit und Eindeutigkeit zu erreichen, werden mehrere bekannte Positionen mit THz-Marken ausgestattet, die als Positionsreferenz dienen. Anstelle von Funksendern (die für die Energieversorgung und Referenzfrequenzverteilung miteinander verbunden sind) ist in diesem Projekt der Einsatz von kostengünstigen, energieautarken und kompakten RFID-Tags (Radio Frequency Identification) auf Basis der »Chipless Tag«-Technologie vorgesehen, die eine autonome Positionierung des mobilen Gerätes ermöglichen. Die zu entwickelnden RFID-Tags sind daher Schlüsselkomponenten für die Realisierung des Lokalisierungssystems und Hauptgegenstand dieses Projekts.
Partner
- Universität Duisburg Essen
- Ruhruniversität Bochum
- Bergische Universität Wuppertal
- Technische Universität Darmstadt
- Fraunhofer FHR