Energieautarke IoT-Applikationen auf kleinstem Raum

Fraunhofer IOSB-INA zeigt minimalistischen Sensorik-Demonstrator.

Fraunhofer IOSB-INA entwickelt in Kooperation mit dem Unternehmen Rhein Köster, welches im Bereich der Geräteherstellung für die technische Ausbildung tätig ist, die intelligente Tasse SmartCup. Die SmartCup wurde als Technologiedemonstrator entworfen, der das Konzept eines energieautarken Ultra-Low-Power-Sensorsystems veranschaulicht, welches verschiedenste IoT-Technologien miteinander verbindet.

Besonders im IoT-Umfeld besteht häufig die Herausforderung, Systeme möglichst jahrelang ohne Wartungsarbeiten wie Batterietausch betreiben zu können. Bisherige Sensorsysteme können bereits mit bis zu 10 Jahren Batterielaufzeit einzelne einfache Sensorwerte wie z.B. Temperaturen messen und per Funk übertragen, sind jedoch in Bezug auf energieintensive Zusatzfunktionen wie z.B. Display-Anzeigen äußerst limitiert.

Die SmartCup versteht sich hierbei als Technologiedemonstrator und zeigt auf, wie zukünftig Ultra-Low-Power-Sensorsysteme aufgebaut werden können. Mit Hilfe eines biegsamen Solarmoduls lädt die SmartCup zunächst ihren internen Lithium-basierten Energiespeicher auf. Dieser versorgt einen Prozessor, dessen Software die Sensoren ausließt und die Funktionalität der intelligenten Tasse inklusive Smartphone-Anbindung ermöglicht.

Auf Grundlage eines äußerst energiesparenden selbst entwickelten Füllstandsensors sowie eines Temperatursensors wird der Inhalt der Tasse überwacht und über ein E-Ink-Display visualisiert. Dieses Display ist äußerst energiesparsam, da es nur Energie benötigt, wenn der Inhalt geändert wird. Um einen dauerhaften Betrieb über das Solarmodul zu ermöglichen, wird die Tasse nach ein paar Minuten in einen äußerst energiesparenden Deep-Sleep-Mode überführt.

Ein Beschleunigungssensor ermöglicht dem Benutzer die Tasse wieder in Betrieb zu nehmen, sobald diese bewegt wird. Die SmartCup greift auch den Industrie 4.0-Gedanken individualisierbarer Produkte auf und ermöglicht dem Benutzer über ein Smartphone eine individuelle Beschriftung auf dem Display, wie z.B. den eigenen Namen, zu programmieren. Die SmartCup verfolgt zwei Ziele: Einerseits soll sie im Bereich der Ausbildung verdeutlichen, wie auf kleinem Bauraum äußerst energiesparende, energieautarke und IoT-fähige intelligente Sensorsysteme aufgebaut werden können. Andererseits dient die entwickelte Technologie am Fraunhofer IOSB-INA zukünftig als Blaupause zur Entwicklung vergleichbarer energieautarker IoT-Systeme wie z.B. intelligenter Klimasensoren inkl. Pegel- oder Regenmessung.

https://www.iosb-ina.fraunhofer.de/de/aktuelles_news/2024/smartcup.html