Sensoren sind die Bohrtürme der Informationsgesellschaft, denn sie fördern den Rohstoff Daten. Ob Smart City, Smart Energy, Smart Home, Smart Health oder Smart Factory – wo smart draufsteht, steckt Sensorik drin. Und die wird dabei selbst zunehmend smart, indem sie neben der eigentlichen Messgrößenerfassung auch die Signalaufbereitung und -verarbeitung erledigt.
Die Erwartungen an diese Wachstumsbranche bleiben hoch. So rechnen die Analysten von Market Watch für den globalen Sensormarkt ausgehend von 80 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 mit einer Verdoppelung auf 161 Milliarden US-Dollar bis 2030. Die Mitglieder des AMA Verbandes für Sensorik und Messtechnik meldeten für 2021 ein Umsatzwachstum von zwanzig Prozent verglichen zum Vorjahr. Bemerkenswert ist dabei die hohe Innovationsintensität. Rund elf Prozent des Umsatzes fließen in Forschung und Entwicklung – ein Spitzenplatz in Deutschland.
Smartphones pushen Sensormarkt
Zu den größten Wachstumstreibern des Sensormarktes gehören nach wie vor die Smartphones. Laut Statista wurden 2021 weltweit rund 1,35 Milliarden Stück verkauft. Dazu kommt, dass in aktuellen High-End-Mobiltelefonen bis zu 14 Sensoren stecken. Die Kameraqualität bleibt dabei mit das wichtigste Differenzierungsmerkmal. So liefert etwa im Xiaomi 12 Pro der neue 1-Zoll-Kamerasensor von Sony mehr Brillanz besonders bei Nachtaufnahmen. Samsungs 200-Megapixel-Sensor mit den weltweit kleinsten Pixeln punktet mit 14-Bit-Farbtiefe (4 Billionen Farben). Neben den Bildsensoren hat man beste Chancen in einem Smartphone MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)-Sensoren von Bosch Sensortec zu entdecken. Sie sorgen für die Drehung der Anzeige, für die Orientierung in Virtual-Reality-Anwendungen, für Navigation und viele weitere Anwendungen.
Sensoren im Automobil- und Medizinbereich
Bevor MEMS-Sensoren zu unentbehrlichen Bestandteilen jedes Smartphones und völlig neuer Geräteklassen wie Fitness-Tracker, Drohnen, Virtual-Reality-Brillen, Smartwatches und intelligenter Sensorknoten für das Internet der Dinge (IoT) aufstiegen, reüssierten sie in Kfz-Anwendungen wie dem Airbag oder der elektronischen Stabilitätskontrolle (ESP). Heute finden sich in Automobilen mehr als 50 dieser winzigen Sensoren, unter anderem von electronica Ausstellern wie Analog Devices, Bosch, Hamamatsu, Infineon, Murata, Panasonic oder STMicroelectronics.
Dazu kommen Radar, Lidar, Ultraschall oder „einfache“ Kameras – erst ihr Zusammenspiel via Sensor Fusion liefert komplexen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) bis hin zum automatisierten Fahren ein ausreichend robustes Gesamtbild der Umgebung. „Gefilmt“ wird aber ebenso im Innenraum etwa mit dem 3D-Sensorsystem Icarus von Osram. Es kontrolliert den Fahrer und erkennt Sekundenschlaf und fortgeschrittene Anzeichen von Schläfrigkeit.
Für eine andere Form der berührungslosen Überwachung sorgen thermische Infrarot-Sensoren (Thermopile) von Excelitas. Sie ermitteln unter anderem hochpräzise die Temperatur in Ohr- und Stirnthermometern. Als kostengünstige Alternative und zur Vermeidung von Krankenhausinfektionen bieten sich bei bestimmten medizinischen Anwendungen zunehmend Einwegsensoren an. So misst zum Beispiel der Thermometrics Single-Use Sensor von Amphenol Advanced Sensors permanent die Hauttemperatur von Neugeborenen im Brutkasten. Die Hersteller von Beatmungsgeräten dagegen beliefert Sensirion mit MEMS-basierten Einweg-Durchflusssensoren.
Sensorik für industrielle Anwendungen
Von den hohen Stückzahlen im Consumer- und Automobilbereich sind die Hersteller im heterogenen Markt industrietauglicher Sensorik weit entfernt. Das treibt die Fertigungs- und Entwicklungskosten und damit die Preise der Sensorsysteme in die Höhe. Eine Studie von Michaela Rothhöft/FH Südwestfalen und dem VDMA zeigt, dass trotzdem ein zunehmendes Interesse an smarter Sensorik beim Maschinenbau besteht. Ein Drittel der teilnehmenden Unternehmen plant die Speicherung von Sensordaten in einer Cloud und den Einsatz digitaler Sensor-Zwillinge. Die Befragung ergab auch, dass jeder Maschinenbauer durchschnittlich fünf Sensorhersteller als Lieferanten hat.
Viele davon trifft man auf der Messe in München. Besonders im Bereich Condition Monitoring, welches die Grundlage für die vorbeugende Wartung (Predictive Maintenance) bildet, konkurrieren eine ganze Reihe von Anbietern.
So liefert zum Beispiel Analog Devices dreiachsige MEMS-Beschleunigungsmodule mit integriertem Analog-/Digital-Wandler (ADC), Mikrocontroller, schneller Fourier-Transformation (FFT) und Statistik. Auf den neuen Inertialsensoren von STMicroelectronics sitzt dagegen ein spezieller, für Machine Learning optimierter Prozessor direkt neben dem Sensor auf dem Chip. Die Intelligenz wandert somit von der Cloud oder von „an“ der Edge direkt „in“ die Edge. Komplexe Operationen wie Mustererkennung oder das Detektieren von Anomalien gewinnen dadurch deutlich an Effizienz und Performance.
Wie smarte Sensorik die Wertschöpfung in ihrem Unternehmen optimieren kann, erfahren Messebesucher unter anderem auf der electronica Embedded Platforms Conference am 16. November 2022 und auf dem IIoT & Cyber Security Forum. Für Hardware-Entwickler befasst sich das Electrical Connectors & Measurement Technology Forum in Halle 3 am Donnerstag, 17. November 2022, mit technologischen Highlights und Trends in der Sensorik und Messtechnik.
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