Intelligente akustische Sensorik

KI-basierte Analyseverfahren unterstützen die Prozessbeobachtung und die frühzeitige Erkennung signifikanter Ereignisse. Dabei kommt auch Sensorik zum Einsatz, die menschliche Sinneswahrnehmungen nachahmt. Um beispielsweise den hohen Informationsgehalt des akustischen Sinneskanals technisch nutzen zu können, ist es erforderlich, dass die Sensorik Schallfelder so (ähnlich) erfasst und auswertet, wie es der Mensch tut.

Erfahrenes Fachpersonal weiß jedoch, auf welche Geräusche z. B. an einer Maschine zu achten ist und blendet Störgeräusche notfalls aus. Dabei wird das Schallfeld häufig auch von verschiedenen Positionen aus angehört. Durch die Kombination von Gehörtem mit Erfahrungswerten kann der Mensch so  sehr schnell die vorherrschende Situation erfassen. In der Praxis ist diese Vorgehensweise jedoch aufgrund vielfältiger Faktoren teilweise nur mit hohem Personalaufwand, Kosten und gegebenenfalls aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen für die Beschäftigten umsetzbar. 

Die automatisierte Ereignisüberwachung mittels akustischer Sensorik muss sich hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Kosten gegenüber den bisherigen Methoden beweisen. Die Leistungsfähigkeit ist direkt abhängig von der Menge und Qualität der sensorisch erfassten Messdaten. Die Sensorik muss daher beste Datenqualität bei überschaubarem Installationsaufwand und geringen Betriebskosten liefern. Darüber hinaus sollte sie die Datenerfassung weitgehend autonom durchführen, um personelle Ressourcen zu schonen.

Das Potenzial, die Sensorik in mobile Plattformen (z. B. Fahrzeuge, Robotersysteme oder Drohnen) zu integrieren, bedingt neben der Automatisierung des Messvorgangs auch geringe Hardwareabmessungen und einen möglichen Batteriebetrieb. So können auch schwer zugängliche Messpositionen dynamisch eingenommen oder zeitlich und räumlich ausgedehnte Ereignisse analysiert werden (Fernwartung). Ebenso bietet sich die Möglichkeit der tageszeit- und personalunabhängigen Messung insbesondere für Langzeitbeobachtungen an.

Eine akustische Sensorik zeichnet sich aus durch:

• Automatisierung der Messdatenerfassung
• Selbstkalibrierende Erfassung in kurzer Zeit
• Intelligente Signalverarbeitung zur Analyse des erfassten Schallfelds
• Echtzeitanalyse der Datenqualität und Rückkopplung in den Messvorgang
• Auswahl der Messpunkte und Anpassung der Sensoreigenschaften auf Basis vorhergehender Analyseergebnisse
• Aufbereitung der Daten zur Weiterverarbeitung über universelle Schnittstellen/Plattformen (Usability)

Die Entwicklung der Sensorikkonzepte erfolgt unter den Rahmenbedingungen einer leistungsfähigen, aufwandsarmen und kostengünstigen Realisierung der automatisierten Ereignisüberwachung. Kennzeichnend hierfür sind u.a. Eigenschaften wie:

• Einsatz kostengünstiger MEMS-Sensoren
• energie- und datensparender Betrieb (Datenaufzeichnung/-übertragung/-verarbeitung nur bei relevanten Ereignissen)
• verbesserte Messroutine durch automatische Rückschlüsse aus vorherigen Analyseergebnissen
• Automobile Sensorplattform (Fahrzeuge, Robotersysteme oder Drohnen)
• Nutzung universeller Schnittstellen zwischen Sensor und Datenverarbeitungseinheit

Als Mitglied des Kompetenznetzwerks OceanTechnologies entwickelt das Fraunhofer IDMT in interdisziplinärer Zusammenarbeit technische, konzeptionelle und systemorientierte Lösungen für die nachhaltige Nutzung der Meere und erarbeitet maßgeschneiderte, an den Bedürfnissen der Industrie orientierte Leistungspakete. Das Fraunhofer IDMT bringt seine Kompetenz auf dem Gebiet der intelligenten akustischen Sensorik in das Netzwerk für Entwicklungen u.a. in folgenden Bereichen ein: 

• Biodiversitätsmonitoring (u.a. zur Überwachung von Fischbeständen und Meeressäugern)
• Traffic Monitoring (u.a. zur Überwachung des Schiffsverkehrs)
• Condition Monitoring (u.a. zur Zustandsüberwachung der Druckkörper von Unterwasserfahrzeugen)
• Messtechnische Validierung von akustischen digitalen Zwillingen

• Beratung bei der Problemanalyse und Lösungskonzeption für akustisch zu überwachende Anwendungen
• Entwicklung und prototypische Umsetzung von Sensorikkonzepten (Hardware, Software, Verfahren)