iMaps Mitteilungen 02/2024

Stellt euch eine Arbeitsszene vor: Eine kraftvolle und produktive Maschine unterstützt die Menschen bei der schweren Arbeit. Dabei wird die Interaktion zwischen den Menschen und den Maschinen von einem NeuroSmart-Lidar Kamera unterstützt.

Beim NeuroSmart „Analogous neuromorphic accelerator to enable efficient and secure smart sensors“, ein Leitprojekt des Fraunhofers, handelt es sich um die Entwicklung hocheffizienter und sicherer LiDAR Kameras mit KI-basierten smart Datenbearbeitung und Ansteuerung. Wenn das „Auge“, die LiDAR Kamera, 3D Abstandsdaten von der Umgebung umfasst, bearbeitet die KI unterstützten neuromorphischen Beschleuniger [4], [5], das „super brain“, die Daten, sodass das gesamte Sensorsystem noch effizienter und sicherer für die Menschen-Maschine-Interface da ist.

Bei der LiIDAR Kamera spielt der MEMS-Spiegel[6], als laserstrahlenablenkendes System, eine essentielle Rolle, weil dieser das Laserlicht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektiert und im Raum verteilt. Mit der bildlichen Darstellung (siehe Figure 1) wird die Entwicklungskette für die MEMS-Spiegel sowie das NeuroSmart-Lidar Kamera beschrieben. Nach der FEM unterstützten Simulationen und modernen Reinraumherstellung am Fraunhofer ISIT sind die MEMS Spiegel entstanden, die hohe Lichtdichte, niedrige mechanische Kopplung sowie großes Sichtfeld (60° x 60°) ermöglichen. Zusammen mit weiteren optischen Simulationen/ Aufbau und dem neusten SPAD Sensorarray [7] vom Fraunhofer IMS wird die zufriedenstellende NeuroSmart-LiDAR Kamera als Demonstrator realisiert.

Während in der MEMS-Spiegel basierten LiDAR Kamera moderne Si-Technologie und fortgeschrittene photonische Entwicklung zusammen kombiniert werden, geht die Projektidee noch weiter darüber hinaus: Nachdem die Umgebungsinformation um die Menschen und Maschine als 3D-Daten-Cloud erfasst und analysiert wird, werden Instruktionen [8] an den Robot als eine Rückmeldung zurückgegeben, um den Interaktionsloop zu schließen.

Hiermit wird ein neuer Standard für intelligente, hybride Computing-Architekturen in autonomen Maschinen und Transportsystemen gesetzt. Die Perspektive ist eine Steigerung der Energieeffizienz der Datenverarbeitung und ein neuartiges, autonomes System mit bisher unerreichbarer Intelligenz und Energieeffizienz.

Die Entwicklungskette einer MEMS-Spiegel basierten LIDAR Kamera, die Messergebnisse sowie ein Teil des Entwicklungsteams (Dr. Lena Wysocki, Dr. Jeong-Yeon Hwang und Dr. Andre Henschke).

Kontakt:
Frau Dr. Shanshan Gu-Stoppel
Fraunhofer-Institut für Siliciumtechnologie ISIT
Leiterin der Optische Systeme
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Quellen:

[1] „Human-machine collaboration with AI & automation“. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/tech-forward/forging-the-human-machine-alliance
[2] „Superminds: How humans and machines can work together“, Deloitte Insights. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/technology-and-the-future-of-work/human-and-machine-collaboration.html
[3] M. Trends, „The Collaboration between Humans and Machine“, Analytics Insight. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.analyticsinsight.net/the-collaboration-between-humans-and-machine/
[4] T. W. IoT, „Ultra-Low Power Computing in the Era of AI on the Edge“, RFID & Wireless IoT. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.rfid-wiot-search.com/fraunhofer-ipms-ultra-low-power-computing-in-the-era-of-ai-on-the-edge
[5] „Fraunhofer-Leitprojekt»NeurOSmart«- Fraunhofer IAIS“, Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.iais.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/presseinformationen-2022/presseinformation-220128.html
[6] „Optische Systeme“, Fraunhofer-Institut für Siliciumtechnologie. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.isit.fraunhofer.de/de/mems-anwendungen/optische-systemen-neu.html
[7] „CSPAD - Fraunhofer IMS“, Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.ims.fraunhofer.de/de/Geschaeftsfelder/CMOS-Image-Sensors/Technologien/CSPAD.html
[8] „Fraunhofer-Leitprojekt NeurOSmart - Fraunhofer IWU“, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Zugegriffen: 9. Januar 2024. [Online]. Verfügbar unter: https://www.iwu.fraunhofer.de/de/Ueber-uns/netzwerke/fraunhofer-netzwerke/fraunhofer-leitprojekt-neurosmart.html

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