Siegener Sensorik-Forschung in den USA

Nachwuchswissenschaftler des Zentrums für Sensorsysteme (ZESS) der Universität Siegen präsentieren wissenschaftliche Projekte bei renommierter Experten-Konferenz in Dallas (Texas).

Von Smartphones über mobile Roboter bis hin zum autonomen Fahren: Sensoren sind, wenn auch oft unbemerkt, zu einem Eckpfeiler der jüngsten technologischen Fortschritte geworden. In den vergangenen beiden Jahrzehnten hat das Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) der Universität Siegen dabei eine wichtige Rolle gespielt und zur Entwicklung neuartiger Sensorprinzipien, Signalverarbeitungstechniken und hochwirksamer Anwendungen beigetragen.

Nun kann das ZESS mit Stolz verkünden, dass eine neue Generation junger Forscher ihre Arbeit bei der IEEE SENSORS 2022 präsentieren. Die Flaggschiff-Konferenz des IEEE SENSORS Council, die rund tausend Experten auf dem Gebiet der Sensorik zusammenbringt, findet vom 30. Oktober bis 2. November 2022 in Dallas (USA) statt. In Vorträgen und Workshops stellen die Siegener Wissenschaftler verschiedene Projekte vor, die sich mit der ToF-3D-Bildgebung beschäftigten. Gemeint sind 3D-Kamerasysteme, die mit dem Laufzeitverfahren (englisch: time of flight, ToF) Distanzen messen.

Unter anderem geht es um 3D-Sensorik ohne Lichtemission. Die Erfassung der 3D-Geometrie der Umgebung ist von großer Bedeutung, z. B. für die Roboternavigation, das autonome Fahren oder die Rekonstruktion von Szenen. Vorhandene 3D-Sensoren wie „Time-of-Flight“-Kameras (ToF) oder Lidar (Messungen mit Hilfe von Laserstrahlen) erfordern Lichtemission mit hohem Stromverbrauch. Faisal Ahmed, ein Nachwuchswissenschaftler des Marie-Skłodowska-Curie-Netzes für innovative Ausbildung (ITN) MENELAOSNT, schlägt einen Paradigmenwechsel vom Wettbewerb zur Zusammenarbeit vor, der darauf abzielt, vorhandene Quellen modulierten Lichts wie LiFi-Lampen (Light Fidelity, Datenübertragung durch Licht) zu nutzen, um passive ToF-3D-Bildgebung zu ermöglichen.

Vorbild Fledermaus

Die Natur ist für die Sensorforschung ein wichtiger Ideengeber. Wenn Fledermäuse nicht blind wären, könnten sie die Sterne oder jede andere stationäre Lichtquelle sehen, die als zusätzliche Referenz für die Lokalisierung verwendet werden könnte. Fledermäuse nutzen aber die „Flugzeit“ von Schallimpulsen, um Entfernungen abzuschätzen. „Dieses Prinzip findet sich in Sonar, Radar, Lidar und ToF-Kameras, die Entfernungen mit Licht „sehen“ können“, erklärt Zhibin Liu, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ZESS, der ToF-Kameras für die optische Lokalisierung von mobilen Robotern in Industrieumgebungen und Lagerhäusern einsetzt. „ToF-Kameras können beides: Sie können Lichtquellen zur Lokalisierung und die Entfernungsmessung der Fledermäuse zur Schätzung relativer Entfernungen nutzen“, fügt er hinzu.

Mit Licht klingt es besser

Materialien absorbieren und verzögern Schallwellen verschiedener Frequenzen unterschiedlich. Niemand würde Metallplatten zur akustischen Isolierung verwenden. Ähnliche Effekte lassen sich bei moduliertem Licht beobachten. „Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf moduliertes Licht, und mit ToF-Kameras können wir diesen Effekt pro Pixel, also einem Bildpunkt, messen“, erklärt Rajababu U. Singh, Student des Masterstudiengangs Mechatronik. Das Ergebnis sind Materialbilder, die mehr Informationen vermitteln als herkömmliche Bilder.

Mit Relevanz für die Industrie

„Die meisten Forschungszweige der Gruppe beziehen sich auf die ToF-3D-Bildgebung und viele unserer Forschungsergebnisse sind das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit mit dem Top-Tech-Unternehmen pmdtechnologies ag„, erklärt der Leiter der Gruppe, Dr. Miguel Heredia Conde. „Die substanzielle Unterstützung, die wir im Laufe der Jahre erhalten haben, ermöglicht es uns nicht nur, die Forscherinnen und Forscher von morgen auszubilden, sondern zeugt auch von der Relevanz unserer Forschung für die Industrie“, fährt er fort. „Unsere Präsenz bei dieser Veranstaltung beschränkt sich jedoch nicht nur auf unsere Forscher, sondern umfasst auch Arbeiten von Gastforschern wie Adolphe Ndagijimana, der an der UPNA in Pamplona (Spanien) promoviert und sechs Monate lang am ZESS an der Anwendung einer neuartigen Abtasttheorie in der Hochfrequenzbildgebung gearbeitet hat.“

Die jungen Wissenschaftler im Labor des Zentrums für Sensorsysteme (von links): Faisal Ahmed, Rajababu U. Singh, Zhibin Liu und Adolphe Ndagijimana.