The Future is Exciting: Schnelle Gefahren-Reaktion im autonomen Verkehr dank Spinnen-Sensoren

Tech­nik hat sich die Natur und Tier­welt schon oft zum Vor­bild genom­men. Ein Forschung­steam hat dieses alt­be­währte Erfol­gsrezept jet­zt auch in der Sen­sortech­nik angewen­det. Inspiri­ert durch Spin­nen haben sie reflexges­teuerte Sen­soren entwick­elt. In unser­er Rei­he #The­Fu­tureI­sEx­cit­ing erfährst Du heute, wie soge­nan­nte Spin­nen-Sen­soren es möglich machen, dass selb­st­fahrende Autos und Drohnen auch bei hohen Geschwindigkeit­en blitzschnell auf ihre Umge­bung reagieren.

Selb­st­fahrende Kraft­fahrzeuge sind schon lange keine Sci­ence-Fic­tion-Fan­tasie mehr. Laut ADAC waren im ver­gan­genen Jahr bere­its zehn öffentliche Nahverkehrs­busse ganz ohne aktiv­en Fahrer auf den Straßen Europas unter­wegs. Nicht nur Men­schen wer­den­aber via E-Verkehr befördert: Autonome Lie­fer­ro­bot­er wie Star­ship oder Nuro liefern schon heute frisch aus dem (Online-)Supermarkt vor die Haustür, wie wir Dir in unser­er Rei­he „The Future Is Excit­ing“ zeigen.

Noch bewe­gen sich solche selb­st­fahren­den Fahrzeuge sehr eingeschränkt, auf auss­chließlich vor­pro­gram­mierten Streck­en und mit gedrossel­ter Geschwindigkeit voran. Denn sollte bei einem hohen Tem­po die Umge­bung unüber­sichtlich wer­den, zum Beispiel durch eine Unfall­stelle, kön­nen sie möglicher­weise nicht schnell genug abbrem­sen. Das zeigt auch eine Studie des Fraun­hofer-Insti­tut über die Zukun­ft des hochau­toma­tisierten Fahrens auf Auto­bah­nen.  Auch Wet­terbe­din­gun­gen kön­nen nach den Ergeb­nis­sen die Funk­tions­fähigkeit der hochau­toma­tisiert­er Fahrzeuge, genauer der einge­baut­en Sen­sorik, beein­trächti­gen.

Sensoren erfassen auch plötzlich erscheinende Hindernisse

Sen­soren nehmen, wie Sin­nesor­gane beim Men­schen, bes­timmte Reize um sich herum wahr und senden diese an den Bor­d­com­put­er, das Gehirn des Autos, weit­er. Dieser ver­gle­icht die Werte eines Reizes, zum Beispiel ein­er Erschüt­terung oder Schwingung, mit den vorheri­gen Mes­sun­gen. Basierend darauf trifft er eine Voraus­sage über mögliche Szenar­ien, die ein­treten kön­nen. Die dadurch entste­hende Daten­menge kann durch die bish­erige Tech­nik nicht ver­ar­beit­et wer­den. Das Auto reagiert dann nicht schnell genug auf eine mögliche Gefahren­si­t­u­a­tion.

Ein Forscherteam aus den USA, Sin­ga­pur und der Schweiz hat diese Schwach­stelle nun offen­bar beseit­igt. Wie sie in ihren kür­zlich veröf­fentlicht­en Forschungsergeb­nis­sen angeben, liegt die Lösung darin, die Daten­menge durch einen selb­st­ständig fil­tern­den Sen­sor zu reduzieren. Durch die Beschaf­fen­heit des Mate­ri­als reagiert der Sen­sor mech­a­nisch und nicht auf­grund der Mes­sun­gen, die ein Bor­d­com­put­er erst auswerten muss.

Die Natur dient den Forschern als Vorbild

Spin­nen, Vögel, Fle­d­er­mäuse und sog­ar wir Men­schen ver­fü­gen über soge­nan­nte Mechanorezep­toren. Das sind spezielle Sin­neszellen, die mech­a­nis­che Umwel­treize wie Druck oder Dehnung wahrnehmen und in elek­trische Sig­nale umwan­deln, damit das zen­trale Ner­ven­sys­tem sie ver­ar­beit­en kann. Diese Rezep­toren fil­tern die Infor­ma­tio­nen automa­tisch, so dass der Reflex erst aus­gelöst wird, wenn der Reiz einen bes­timmten Schwellen­wert über­schre­it­et. Ärzte zum Beispiel klopfen zur Reflex­prü­fung Dein Knie mit einem Reflex­ham­mer ab. Über­schre­it­et die Inten­sität des Schlags einen bes­timmten Schwellen­wert, streckt man automa­tisch das Bein aus.

Spinnen überwachen ihr Netz und reagieren trotzdem blitzschnell

Bei den Spin­nen­tieren sitzen die Mechanorezep­toren auf den Beinen. Fein­ste Haare nehmen unun­ter­brochen die Schwingun­gen im Spin­nen­netz auf und sagen erst dann Bescheid, wenn sich etwas Rel­e­vantes bewegt. Darauf reagiert die Spinne dann blitzschnell mit Flucht oder Angriff.

Die Sen­soren des Forscherteams, die auf diesem Prinzip basieren, funk­tion­ieren qua­si wie ein Schal­ter. In der prak­tis­chen Anwen­dung informiert ein elek­trisches Sig­nal das Auto, wenn etwas passiert und deswe­gen reflexar­tig etwas geschehen muss, zum Beispiel ein Bremsvor­gang. So wird ein Großteil der aufwändi­gen Rechen­prozesse ver­mieden, die Reak­tion­szeit verkürzt und Energie ges­part. Möglich ist es laut den Forsch­ern in Zukun­ft auch, das Sen­sor-Sys­tem auszuweit­en und so ganze Net­zw­erke zu bilden, die die Umge­bung im Straßen­verkehr erfassen und den Verkehr reg­ulieren kön­nen.

Noch mehr span­nende Inno­va­tio­nen rund um Deine aufre­gende Zukun­ft find­est Du hier auf fea­tured und auf Youtube in unser­er Playlist „The Future is Excit­ing“.

Was hältst Du von autonomen Autos? Kannst Du Dir vorstellen, selb­st ein­mal mit einem zu fahren? Wir freuen uns auf Deinen Kom­men­tar.