Material-integreated Sensorial Systems

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Material-integrierte Sensorische Systeme

Vorlesung

ECTS: 6
Kategorie: V+Ü, 4 SWS
Veranstalter: Dr. Stefan Bosse, Dr. Dirk Lehmhus
VAK: 04-M10-2-PT08
University of Bremen

Ziele

Die Teilnahme an der Veranstaltung soll Studenten interdisziplinär einen system-orientierten Zugang für die Modellierung, den Entwurf und die Anwendung von material-eingebetteten oder material-applizierten Sensorischen Systemen bieten,  die aufgrund der technischen Realisierung und des Einsatzes spezielle Anforderungen an die Datenverarbeitung stellen und ein Verständnis des Gesamtsystems (inklusive Aspekte der Materialwissenschaften und Technologien) voraussetzen. Diese neuen Sensorischen Materialen finden z. B. in der Robotik (Kognition) oder in der Produktionstechnik für die Materialüberwachung Anwendung.

Def.:
Sensorischen Materialien bestehen aus einem Trägerwerkstoff, der u. U. eine mechanisch tragende Struktur darstellen kann, und aus eingebetteten Sensornetzwerken, die neben Sensoren auch Elektronik für die Sensorsignalverarbeitung, Datenverarbeitung, Kommunikation, und Kommunikations- und Energieversorgungsnetzwerke integrieren.

Folgende Kompetenzen sollen erworben werden:

  1. Grundverständni des technischen Aufbaus und der Funktionweise von Sensorischen Materialien: Elektronische Signalverarbeitung von Sensoren, Mechanisches Verhalten, Einfluss von Sensoren und Elektronik auf mechanische Eigenschaften des Trägermaterials
  2. Datenverarbeitung in Sensornetzwerken unter harten Randbedingungen wie limitierten Energieangebot, Rechenleistung und Speicher, Fehleranfälligkeit
  3. Parallele und verteilte Datenverarbeitung geeignet für low-resource Sensornetzwerke: Architekturen, Kommunikation, Kooperation, Wettbewerb um Ressourcen, Programmiermodelle
  4. Grundlagen der Robustheit, Fehlernanalyse, und Redundanz in solchen Sensornetzwerken

Inhalte

  1. Einführung in die Thematik, was ist Sensorik, warum und wofür material-integrierte Sensorik, Sensorische Materialien, Anwendungen in der Strukturüberwachung und Robotik
  2. Systemebene und System Entwicklung, Anforderungen, Entwurfsmethodiken, Test & Simulation, Normen und Standards
  3. Grundlagen von Sensoren und Elektronik, Sensor- und Elektronikentwicklung für die Materialintegration [resistive - kapazitive - piezo-res. und piezo-elektrische - optische Sensoren]
  4. Sensornetzwerke und Sensorknoten, Grundlagen, Metriken, Entwicklung
  5. Schnittstellen Technologien: Material – Sensor – Elektronik – Systeme (Vernetzung)
  6. Signal- und Datenverarbeitung in Sensornetzwerken (Knotenebene)
  7. Kommunikation in Sensornetzwerken (Netzwerkebene); drahtlose versa drahtgebundene Verbindungstechnologien, Robustheit, Fehlertoleranz, Nachrichten-basierte Vermittlung und Routing
  8. Energie-Versorgung und Management in material-integrierten Sensornetzwerken und Energiegewinnung (Harvesting)
  9. Applikationen (Robotik, Strukturüberwachung usw.)