Ohne Daten wäre Industrie 4.0 und die digitale Transformation der Wirtschaft nicht denkbar. Sensoren liefern Daten. Sie sind allgegenwärtig und können immer mehr: mehr Messwerte, mehr Kommunikation, Vorverarbeitung der Messwerte. Auch autonome Sensoren mit eigener Energieversorgung und eigener Kommunikationsschnittstelle sind denkbar. Es lohnt sich ein Blick in die Forschungs- und Entwicklungsbereiche der Sensorhersteller.

Sensoren, die mehr können Der Sensorhersteller Sick stellt im Gegensatz zu vielen anderen Sensorherstellern seine anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, kurz ASICs, selber her. Dies ermöglicht ihm beispielsweise die Kommunikationsschnittstelle IOLink direkt in den Sensor zu integrieren. Darüber hinaus werden Sensoren mit zusätzlichen «Sinnen» ausgestattet, die den Kontext von Ereignissen mitliefern. Dies kann zum Beispiel eine Lichtschranke sein, die gleichzeitig die Temperatur und den Zeitpunkt eines Ereignisses mitliefert. Durch diese zusätzlichen Daten kann die Performance des Sensors und der damit ausgestatteten Maschine enorm gesteigert werden.

Ein Beispiel: Eine Verpackungsmaschine stellt Chipstüten her. Bisher weisen Chipstüten meist eine breite Folienüberschneidung für die Schweissnaht auf. Diese resultiert aus einer Ungenauigkeit über den Zeitpunkt des Ereigniseintritts einer Lichtschranke. Würde die Lichtschranke eine genaue Information über den Zeitpunkt des Ereigniseintritts mitliefern, wäre die breite Folienüberlappung unnötig. Durch eine kleine Zusatzinformation, die der Sensor liefert, kann also sehr viel Material gespart und ein wertvoller Beitrag zur Wirtschaftlichkeit und verbesserter Ressourceneffizienz der Verpackungsherstellung geleistet werden. Mit diesem Konzept lassen sich verschiedene Funktionalitäten auf den Sensorchip packen. Doch das Konzept eignet sich noch für mehr. Wird der Sensor mit einer gewissen Intelligenz ausgestattet, kann er zusätzlich einfache Aufgaben der Steuerung übernehmen. Die hauseigene ASIC Herstellung von Sick ermöglicht die Erhöhung der Funktionalität des Sensors ohne zusätzlichen Platzbedarf.

Verschmelzung von Sensor und Auswerteelektronik
Ebenfalls auf die Integration von viel Funktion auf einem Chip setzt der Schweizer Sensorhersteller Sensirion. Dabei handelt es sich um ein noch junges Unternehmen, das 1998 als ETH Spinnoff startete. Mittlerweile agiert Sensirion weltweit. Sensirion entwickelt und produziert Sensorlösungen zur Messung der wichtigsten Umweltindikatoren wie Feuchte, Temperatur, flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Feinstaub (PM2.5) und CO2 sowie Sensoren zur Messung und Steuerung von Gas- und Flüssigkeitsdurchflüssen. Die Produkte werden zum Beispiel in der Automobilindustrie, Medizintechnik und Gebäudetechnologie eingesetzt. Den Ansatz, Sensor und Auswerteelektronik auf einem Chip zu integrieren, macht die von Sensirion entwickelte CMOSens Technologie möglich. Auch die Integration von analoger und digitaler Signalverarbeitung zusammen mit dem Sensorelement auf einem Halbleiterchip basiert auf dieser Technologie. Funktionen wie Selbsttest, Lowbattery Betrieb, Linearisierung, Digitalisierung, Temperaturkompensation sowie Speicherzellen für Kalibrationsdaten können integriert werden. Die Fusion von Auswerteelektronik und Sensor kann Systemkosten und Baugrösse einsparen.

Sensirion setzt auch darauf, die kleinen leistungsstarken Sensorsysteme in Flip-Chip Packages zu produzieren. Damit werden beispielsweise die Feuchtesensoren so klein, dass sie sich problemlos in Smartphones und Wearables integrieren lassen.