Eine kleine und flexible europäische Computerlösung läutet das cyber-physische Zeitalter ein
Das cyber-physische Zeitalter ist angebrochen, in dem Menschen viel häufiger mit Systemen und dem Internet interagieren, um Häuser, Büros, Produktionsstätten und Fahrzeuge intelligenter zu machen. Die Herausforderung besteht darin, diese Systeme schneller, billiger und energieeffizienter zu gestalten, damit Anwendungen und Dienste innovativ und zugänglich bleiben. Das EU-finanzierte Projekt AXIOM widmete sich der Entwicklung neuer Software- und Hardware-Architekturen für cyber-physische Systeme, um diesen wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen zu begegnen. „Cyber-physische Systeme müssen in Echtzeit reagieren, ausreichend Rechenleistung für die zugewiesenen Aufgaben bereitstellen, möglichst wenig Energie verbrauchen, sich im Rahmen des Modularitätsprinzips erweitern lassen, eine einfache Programmierung ermöglichen und vorhandene Standards zu minimalen Kosten nutzen“, so Projektkoordinator Prof. Roberto Giorgi. Cyber-physische Systeme sind häufig mit Kontroll-, Überwachungs- und Datenerfassungsfunktionen ausgestattet und müssen grundlegende Anforderungen wie Schutz, Datenschutz, Sicherheit und eine gen Null gehenden Energiebilanz sowie Größen-, Anwendungs- und Anpassungsbedingungen erfüllen. AXIOM definierte eine einfache, aber leistungsfähige Architektur, die in cyber-physischen Systemen Einsatz finden könnte. Diese wird nicht nur die klassischen Komponenten von eingebetteten Systemen sowie die Möglichkeit zur Verbindung mit dem Internet umfassen, sondern auch eine einfache Erstellung von cyber-physischen Systemen bestehend aus zwei oder mehr Leiterplatten ermöglichen, ohne dass dabei die Entwicklungsinstrumente geändert werden müssen. Klein und flexibel Die Plattform hat mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Systemen. Die 10 x 15 cm große Leiterplatte kann hinzugefügt oder einfach programmiert werden. „Unser Ziel ist es, durch Hinzufügen weiterer AXIOM-Leiterplatten die Leistung oder Redundanz zu erhöhen“, erklärt Prof. Giorgi. „In einer großen Wohnung könnte man zwei solcher Leiterplatten als hochmoderne Computer zur Steuerung der intelligenten Haustechnik verwenden und in einem größeren Gebäude beispielsweise zehn davon. Ebenso kann die Leiterplatte um eine oder mehrere Platinen erweitert werden, je nachdem ob einfachere oder anspruchsvollere Anforderungen an die Video-Überwachung gestellt werden.“ Darüber hinaus kann die Leiterplatte auch mit Open-Source-Software betrieben werden und problemlos mit den cyber-physischen Welten interagieren. Die Versorgung der Plattform mit Energie erfolgt durch ein Netzteil, wie sie bei Laptops üblich sind und das bei höchster Geschwindigkeit weniger als 20 W verbraucht. Zusätzliche Leiterplatten können spielend leicht durch preiswerte USB-C-Kabel miteinander verbunden werden, ohne dass weitere externe Komponenten erforderlich sind. Intelligentere Häuser und intelligenteres Wohnen Cyber-physische Systeme werden zunehmend in allen möglichen Arten von Objekten eingebettet, um Verkehrssysteme, Fahrzeuge, Produktionsstätten, Krankenhäuser, Büros, Häuser, Städte und persönliche Geräte intelligenter, energieeffizienter und komfortabler zu machen. AXIOM ist genau richtig dafür, so Prof. Giorgi. Die Projektgruppe sucht derzeit einen Partner, um ein optimiertes Modell basierend auf der Testleiterplatte zu kommerzialisieren, das in größerem Umfang wirtschaftlich verfügbar gemacht werden kann. „Wir haben eine echte Hardware und die dazugehörige Software entwickelt, die es den Anwendern ermöglichen, ein wettbewerbsfähiges und innovatives System von kleiner Größe, geringer Leistung sowie einfacher Erweiterbarkeit und Programmierbarkeit zu entwickeln“, schließt Prof. Giorgi. „All diese Eigenschaften zusammen sind in anderen Systemen nicht sonderlich weit verbreitet.“ AXIOM war Teil der Bemühungen der EU, in die Stärken der europäischen Industrie zu investieren und neue Märkte zu erschließen. Auf diese Weise werden vielfältige innovative Anwendungen und Dienste für Bürger und Unternehmen geschaffen.
Schlüsselbegriffe
AXIOM, Leiterplatte, cyber-physisches System, cyber-physisches Zeitalter, Software- und Hardware-Architekturen
