Sobald die Roll­lä­den mor­gens selbst­stän­dig hoch­fah­ren, schal­tet sich auto­ma­tisch das Radio ein und die Hei­zung dreht hoch – immer mehr Men­schen stat­ten ihre Woh­nung mit intel­li­gen­ten, ver­netz­ten Gerä­ten aus. Doch nicht immer befin­den sich die benö­tig­ten Anschlüs­se dort, wo sie gebraucht wer­den. Die Lösung: Smar­te Tex­til­ober­flä­chen, die Wän­de und Böden im Wohn­be­reich für kabel­ba­sier­te Strom­ver­sor­gung und Kom­mu­ni­ka­ti­on nutz­bar machen. Ent­wi­ckelt wur­de die inno­va­ti­ve Tech­no­lo­gie von einem Kon­sor­ti­um unter Koor­di­na­ti­on des Deut­schen For­schungs­zen­trums für Künst­li­che Intel­li­genz (DFKI) in dem vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­der­ten Pro­jekt ConText. 

Die Mög­lich­kei­ten, Wohn­um­ge­bun­gen intel­li­gent zu gestal­ten, sind viel­fäl­tig. Dank des soge­nann­ten Inter­nets der Din­ge (Inter­net of Things, IoT) las­sen sich Wohn­ge­gen­stän­de heu­te so mit­ein­an­der ver­net­zen, dass sie uns den All­tag in vie­ler­lei Hin­sicht erleich­tern. Aller­dings fehlt es in pri­va­ten Haus­hal­ten in der Regel an flä­chen­de­cken­den Nie­der­span­nungs- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­an­schlüs­sen, um IoT-Kom­po­nen­ten wie Tem­pe­ra­tur­sen­so­ren, Mikro­fo­ne oder Licht­si­gna­le an den gewünsch­ten Orten zu instal­lie­ren. Daher funk­tio­nie­ren die Gerä­te meist mit Bat­te­rien und Funk­tech­no­lo­gien, was sie anfäl­lig für Stö­run­gen und Aus­fäl­le macht.

Tex­til­ba­sier­te Strom­ver­sor­gung, Kom­mu­ni­ka­ti­on und Interaktion

Doch wie kann dem Wunsch nach Gestal­tungs­frei­heit und Fle­xi­bi­li­tät beim Ein­satz von Smart-Home-Sys­te­men bei gleich­zei­ti­gem Ver­zicht auf unvor­teil­haf­te Ener­gie­ver­sor­gung und Daten­kom­mu­ni­ka­ti­on ent­spro­chen wer­den? Mit die­ser Fra­ge beschäf­ti­ge sich seit Juli 2019 ein Ver­bund aus Indus­trie- und For­schungs­part­nern in dem nun abge­schlos­se­nen Pro­jekt Con­Text („Con­nec­ting Tex­ti­les“). Inspi­riert von den Mög­lich­kei­ten intel­li­gen­ter tex­ti­ler Mate­ria­li­en, wie sie bereits heu­te bei der Her­stel­lung smar­ter Klei­dung zum Ein­satz kom­men, unter­such­ten die Part­ner das Poten­zi­al elek­tro­ni­scher Tex­ti­li­en für die kabel­ba­sier­te Nie­der­span­nungs­ver­sor­gung und Kom­mu­ni­ka­ti­on in Raum­in­nen­flä­chen. In einem explo­ra­ti­ven und nut­zungs­ori­en­tier­ten Pro­zess ent­wi­ckel­ten sie eine Infra­struk­tur, die die Vor­tei­le kabel­ge­bun­de­ner Ver­bin­dun­gen nutzt und sich zugleich unsicht­bar in Tex­til­ober­flä­chen inte­grie­ren lässt. Die soge­nann­ten Con­nec­ting Tex­ti­les ermög­li­chen nicht nur die fle­xi­ble Anbrin­gung von Akto­ren und Sen­so­ren im Wohn­be­reich mit­tels frei posi­tio­nier­ba­rer Patches, son­dern auch die Strom­ver­sor­gung und die Kom­mu­ni­ka­ti­on mit Smart-Home-Sys­te­men. Zudem stellt die ent­wi­ckel­te Infra­struk­tur hap­ti­sche Inter­ak­ti­ons­mo­da­li­tä­ten zur intui­ti­ven Steue­rung von IoT-Gerä­ten bereit.

Demons­tra­to­ren stel­len Infra­struk­tur über tex­ti­le Tape­te bereit

Im Pro­jekt gefer­tig­te Demons­tra­to­ren set­zen die Con­nec­ting Tex­ti­les bei­spiel­haft anhand einer Tape­te um. Die­se besteht aus meh­re­ren Schich­ten: einer magne­ti­schen Rück­schicht, die die Haf­tung zwi­schen den Patches und der Tape­te erhöht, einer Funk­ti­ons­schicht mit ein­ge­web­ten Lei­ter­bah­nen, die den Strom ver­ti­kal durch die Tape­te ver­tei­len, und einer deko­ra­ti­ven Deck­schicht. Zur Rea­li­sie­rung der Lei­ter­bah­nen unter­such­ten die Part­ner ver­schie­de­ne geweb­te und nicht-geweb­te Mate­ria­li­en, wie sie heu­te für Stan­dard­ta­pe­ten ver­wen­det wer­den, sowie unter­schied­li­che Ver­ar­bei­tungs­tech­ni­ken, dar­un­ter Sieb­druck und Weben. Dabei erwie­sen sich die geweb­ten Pro­ben auf­grund ihrer ver­gleichs­wei­sen hohen Leit­fä­hig­keit als für die Funk­ti­ons­schicht am geeig­nets­ten. Die elek­tri­sche Kon­tak­tie­rung einer Tape­ten­bahn erfolgt über die Sockel­leis­te, die auch benach­bar­te Tape­ten­bah­nen mit­ein­an­der ver­bin­det, um groß­flä­chi­ge Anwen­dun­gen zu ermög­li­chen. Die Leis­te ent­hält zudem die not­wen­di­ge Elek­tro­nik sowie Funk­tio­nen, die den Strom­fluss über­wa­chen, um mög­li­che Schä­den an der Tape­te oder falsch ange­brach­te Bah­nen zu erkennen.

Nut­zer­ori­en­tier­te Ent­wick­lung intui­ti­ver Interaktionselemente

Als zen­tra­le Inter­ak­ti­ons­ele­men­te der Con­nec­ting Tex­ti­les die­nen funk­tio­na­le Patches, die sich ent­we­der mit­hil­fe von Magne­ten oder mit­tels an der Rück­sei­te befes­tig­ter Mikro­na­deln fle­xi­bel an der Tape­te anbrin­gen las­sen. Die Patches kön­nen ent­we­der eine IoT-Funk­tio­na­li­tät ent­hal­ten, z.B. einen Sen­sor, oder ein oder meh­re­re IoT-Gerä­te mit­ein­an­der ver­bin­den, um sie in das Smart-Home-Sys­tem zu inte­grie­ren. Die Steue­rung und Kon­fi­gu­ra­ti­on der Gerä­te kann auch direkt auf der Tape­te über ein zusätz­li­ches, mit­tels Sieb­druck auf Tex­til kon­fek­tio­nier­tes Inter­ak­ti­ons­feld erfol­gen. Eine Mus­ter­er­ken­nungs­soft­ware erfasst die Grund­mus­ter von Ges­ten­in­ter­ak­tio­nen und ermög­licht es, Steue­rungs­ges­ten und Inter­ak­ti­ons­fol­gen selbst zu defi­nie­ren. Das Inter­ak­ti­ons­kon­zept wur­de im Pro­jekt par­ti­zi­pa­tiv unter direk­ter Betei­li­gung von Nut­zen­den ent­wi­ckelt und evaluiert.

Dr. Ser­ge Aut­e­xier, Con­Text-Pro­jekt­lei­ter am DFKI-For­schungs­be­reich Cyber-Phy­si­cal Sys­tems: „Dank des Enga­ge­ments und der sehr guten Zusam­men­ar­beit der Pro­jekt­part­ner ist es uns gelun­gen, die Umsetz­bar­keit von Con­nec­ting Tex­ti­les als fle­xi­bles, adap­tier­ba­res und leicht kon­fi­gu­rier­ba­res Inter­ak­ti­ons­me­di­um zu demons­trie­ren, das sich naht­los in Smart Homes inte­grie­ren lässt. Damit eröff­nen sich nicht nur neue Mög­lich­kei­ten für die Kon­fek­ti­on funk­tio­na­ler Tex­til­ober­flä­chen, son­dern auch für die Ent­wick­lung neu­ar­ti­ger IoT-Anwen­dun­gen und die krea­ti­ve Gestal­tung per­so­na­li­sier­ter Mensch-Umge­bungs-Inter­ak­tio­nen über den Anwen­dungs­kon­text von Wohn­um­ge­bun­gen hinaus.“

Einer der im Rah­men des Pro­jekts ent­wi­ckel­ten Demons­tra­to­ren ist als Teil der Smart-Home-Umge­bung in die Infra­struk­tur des Bre­men Ambi­ent Assis­ted Living Lab (BAALL) des DFKI integriert.

Con­Text wur­de vom 1. Juli 2019 bis 31.12.2022 vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­dert. Zu den Pro­jekt­part­nern gehörten:

• DFKI – For­schungs­be­reich Cyber-Phy­si­cal Sys­tems, Bremen
• DFKI – For­schungs­be­reich Inter­ak­ti­ve Tex­ti­li­en, Berlin
• Robert Bosch GmbH, Renningen
• Deut­sche Insti­tu­te für Tex­til- und Faser­for­schung Den­ken­dorf (DITF), Denkendorf
• Fraun­ho­fer-Insti­tut für Fer­ti­gungs­tech­nik und Ange­wand­te Mate­ri­al­for­schung (IFAM), Bremen
• Nora­fin Indus­tries (Ger­ma­ny) GmbH, Mildenau
• Pep­per­mint Hol­ding GmbH, Berlin
• Inno­va­ti­ve Living Insti­tu­te GmbH & Co.KG, Mül­heim an der Ruhr (im Unterauftrag)

Bei­trags­bild: © DFKI

Eine nach­hal­ti­ge, effi­zi­en­te und sou­ve­rä­ne Daten­ver­ar­bei­tung sowie ein wett­be­werbs­fä­hi­ger Mit­tel­stand – bei­des för­dert das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) mit dem Tech­no­lo­gie­pro­gramm „Edge Daten­wirt­schaft“. Der DLR Pro­jekt­trä­ger hat das Pro­gramm kon­zep­tio­nell mit­ge­stal­tet und das BMWK von Anfang an eng bera­ten und begleitet. 

Mit dem bila­te­ra­len deutsch-öster­rei­chi­schen För­der­pro­jekt ARIKI ist die­se Woche das zehn­te und damit letz­te Pro­jekt des Tech­no­lo­gie­pro­gramms „Edge Daten­wirt­schaft“ gestar­tet. Das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) för­dert die Pro­jek­te mit ins­ge­samt 30 Mil­lio­nen Euro.

Ziel des Pro­gramms ist, Edge-Com­pu­ting-Soft­ware zu ent­wi­ckeln und zu erpro­ben. Die loka­le Daten­ver­ar­bei­tung, die durch die Edge-Pro­jek­te vor­an­ge­trie­ben wird, stärkt die Wett­be­werbs­fä­hig­keit und digi­ta­le Sou­ve­rä­ni­tät ins­be­son­de­re von klei­ne­ren Unter­neh­men. Dabei wer­den die Poten­zia­le der Digi­ta­li­sie­rung für den Umwelt- und Kli­ma­schutz genutzt. Der DLR Pro­jekt­trä­ger hat das Tech­no­lo­gie­pro­gramm kon­zep­tio­nell mit­ge­stal­tet – über wis­sen­schaft­li­che Ana­ly­sen, Fach­ge­sprä­che mit exter­nen Netz­wer­ken und stra­te­gi­sche Impul­se bei der Kon­zep­ti­on des Forschungsschwerpunktes.

Inno­va­ti­ve Lösun­gen für Nach­hal­tig­keit, Effi­zi­enz und digi­ta­le Souveränität

Die geför­der­ten Pro­jek­te schaf­fen eine Grund­la­ge für daten­ba­sier­te Lösun­gen und Geschäfts­mo­del­le. Durch ihren Leucht­turm­cha­rak­ter erzeu­gen sie eine bran­chen­über­grei­fen­de Wir­kung – in so unter­schied­li­chen Anwen­dungs­be­rei­chen wie Pro­duk­ti­on, Ener­gie, Lebens­mit­tel, Smart Living oder Pfle­ge. Dabei geht es immer dar­um, inno­va­ti­ve Lösun­gen für mehr Nach­hal­tig­keit, Effi­zi­enz und Dezen­tra­li­sie­rung zu ent­wi­ckeln. So zielt das Pro­jekt EASY dar­auf ab, ein siche­res, ska­lier­ba­res und stan­dar­di­sier­tes Edge-Cloud-Kon­ti­nu­um im Pro­duk­ti­ons­pro­zess zu schaf­fen. Damit kön­nen Fer­ti­gungs­un­ter­neh­men steu­ern, ob sie ihre Daten lokal („on the edge“) oder zen­tral („in the cloud“) ver­ar­bei­ten. Im Pro­jekt RIWWER geht es um eine KI-basier­te Ent­schei­dungs­hil­fe für Kanal­be­trei­ber im kom­mu­na­len Abwas­ser­sys­tem: Bei extre­men Wet­ter­ereig­nis­sen kön­nen die Was­ser­men­gen intel­li­gent und dezen­tral ver­teilt wer­den. Das Pro­jekt CAREFUL-EDGE‑X ent­wi­ckelt eine Gaia-X-kon­for­me Lösung für Pfle­ge­an­wen­dun­gen. Vital­da­ten wer­den lokal erfasst und ver­ar­bei­tet, die Umset­zung wird in einem intel­li­gen­ten Pfle­ge­zim­mer demonstriert.

Die Pro­jek­te lau­fen 36 Mona­te. Der DLR Pro­jekt­trä­ger beglei­tet sie fach­lich und stellt dabei sicher, dass auch pro­gramm­über­grei­fen­de Schnitt­stel­len effi­zi­ent genutzt wer­den, etwa mit Blick auf die euro­päi­sche Idee der Data Spaces oder das Groß­pro­jekt IPCEI Cloud Infra­struk­tu­ren und Services.

Mit dem Tech­no­lo­gie­trans­fer-Pro­gramm Leicht­bau (TTP LB) unter­stützt das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) seit 2020 For­schung und Ent­wick­lung im Leicht­bau. Mit der Auf­sto­ckung der För­der­mit­tel für das TTP LB aus dem Kli­ma- und Trans­for­ma­ti­ons­fonds erhält das För­der­pro­gramm nun beträcht­li­che zusätz­li­che Mittel. 

Als Kon­struk­ti­ons­phi­lo­so­phie, die auf die Gewichts­re­du­zie­rung, Ener­gie- und Mate­ri­al­ef­fi­zi­enz sowie Funk­tio­na­li­tät von Bau­tei­len abzielt, bie­tet Leicht­bau Lösun­gen für vie­le unter­schied­li­che Anwen­dun­gen. Ob im Fahr­zeug­bau, dem Maschi­nen- und Anla­gen­bau oder Bau­we­sen: Mit Leicht­bau-Ansät­zen kön­nen Kos­ten, Mate­ri­al­ein­satz und Treib­haus­gas­emis­sio­nen in der Pro­duk­ti­on und spä­te­ren Anwen­dung von Bau­tei­len und Pro­duk­ten gesenkt wer­den. Über­dies gehört auch die Wie­der­ver­wen­dung bzw. das Recy­cling am Pro­dukt­le­bens­en­de zu einem mate­ri­al­ef­fi­zi­en­ten und nach­hal­ti­gen Leicht­bau. Das bran­chen­über­grei­fend aus­ge­rich­te­te TTP LB leis­tet somit einen ent­schei­den­den Bei­trag zur Stei­ge­rung der Wett­be­werbs­fä­hig­keit und zur Trans­for­ma­ti­on der Industrie.

Um die gro­ßen Poten­zia­le von Leicht­bau-Tech­no­lo­gien für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz aus­zu­schöp­fen, stan­den dem TTP LB bis­her 73 Mil­lio­nen Euro jähr­lich zur Ver­fü­gung. Nun­mehr wer­den noch zusätz­li­che För­der­mit­tel für das TTP LB bereit­ge­stellt: im Jahr 2023 stei­gen die für das TTP LB ver­füg­ba­ren För­der­mit­tel auf ins­ge­samt 109 Mil­lio­nen Euro. Ab 2024 ste­hen nach der­zei­ti­ger Finanz­pla­nung vor­aus­sicht­lich ins­ge­samt 129 Mil­lio­nen Euro pro Jahr aus dem Kli­ma- und Trans­for­ma­ti­ons­fonds (KTF) zur Verfügung.

Mit den zusätz­li­chen För­der­mit­teln soll das erfolg­rei­che Leicht­bau-För­der­pro­gramm noch attrak­ti­ver wer­den. Zudem wird in den kom­men­den Mona­ten eine über­ar­bei­te­te För­der­richt­li­nie für das Pro­gramm ver­öf­fent­licht werden.

Inno­va­tio­nen in die indus­tri­el­le Anwen­dung tragen

Mit dem TTP LB för­dert das BMWK klei­ne­re und mitt­le­re Unter­neh­men (KMU), gro­ße Indus­trie­un­ter­neh­men und For­schungs­ein­rich­tun­gen, um in gemein­sa­men For­schungs­vor­ha­ben Inno­va­tio­nen im Leicht­bau vor­an­zu­trei­ben. Dabei ver­folgt das TTP LB ins­be­son­de­re fol­gen­de Ziele:

• Leicht­bau in die brei­te indus­tri­el­le Anwen­dung tragen.
• Inno­va­tions- und Wert­schöp­fungs­po­ten­zia­le des Leicht­baus heben.
• Bran­chen- und mate­ri­al­über­grei­fen­den Wis­sens- und Tech­no­lo­gie­trans­fer fördern.
• Durch Digi­ta­li­sie­rung ver­knüpf­te Wert­schöp­fungs­ket­ten schaffen.
• Einen maß­geb­li­chen Bei­trag zur Errei­chung der Nach­hal­tig­keits- und Kli­ma­zie­le leisten.

Zur­zeit ist der Pro­jekt­trä­ger Jülich (PtJ) mit der Abwick­lung des TTP LB beauf­tragt. PtJ über­nimmt die Pro­gramm­ent­wick­lung, die Pro­jekt­för­de­rung sowie das beglei­ten­de Moni­to­ring für das För­der­pro­gramm. Die För­de­rung wird über ein zwei­stu­fi­ges Antrags­ver­fah­ren (Skiz­ze und Voll­an­trag) bean­tragt. Der nächs­te Stich­tag für die Ein­rei­chung von Skiz­zen ist der 1. April 2023.

Kli­ma- und Trans­for­ma­ti­ons­fonds finan­ziert Kli­ma­schutz und nach­hal­ti­ge Energieversorgung

Der KTF zielt auf die Errei­chung der deut­schen Kli­ma­schutz­zie­le und die Trans­for­ma­ti­on der deut­schen Wirt­schaft ab. Das TTP LB wird voll­stän­dig aus dem Fond finanziert.

Wei­te­re Infor­ma­tio­nen zum TTP LB: https://www.ptj.de/projektfoerderung/ttp-leichtbau

Bei­trags­bild Design: © Niklas Gün­ther über Canva(.)com
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