Dezentrale Intelligenz - Ein Evolutionssprung?!

Materie – Organische Stoffe – Leben – Intelligenz waren die Meilensteine der Evo­lutions­geschichte. Was kommt danach und welche Konsequenzen ergeben sich für die Messtechnik?

Bei objektiver Betrachtung der kosmischen und erdgeschichtlichen Entwicklung wird klar, dass unsere heutige Gegenwart nicht das Ende, sondern nur eine Momentaufnahme der Evolution offenbart. Wie sieht also der nächste qualitative Sprung aus? Der Weg zum Bewusstsein ohne Materie ist sicherlich noch etwas weiter, aber näher liegendere Tendenzen sind absehbar.

Dezentrale Strukturen waren vor einigen Jahren in der Computerentwicklung ein weit verbreitetes Thema, bei dem die Rechenleistung durch mehrere parallel arbeitende CPUs gesteigert werden sollte. Auf dem Massenmarkt hat sich dieses Prinzip aber scheinbar nicht durchgesetzt, da unsere heutigen PCs nach wie vor nur über einen zentralen Mikroprozessor verfügen. Bei genauerer Betrachtung ist jedoch genau das Gegenteil der Fall, denn ob privat oder im Büro, ob über LAN, WLAN oder Internet – gegenwärtig sind wir täglich dabei, unsere tech­nischen Ressourcen zu vernetzen. Die dezentralen Strukturen werden also nicht im PC, sondern außerhalb verwirklicht. Das resultierende Netzwerk ist mittlerweile weltumspannend und wächst täglich. Den wenigsten ist jedoch bewusst, dass wir zwar physisch Computer mit­einander vernetzen, logisch aber deren Nutzer, also uns Menschen. Der PC dient lediglich als In­for­­ma­tionsspeicher und Mensch-Maschine-Übersetzer, egal ob die Kommunikation über Texte, Bilder, Videos oder Sprache erfolgt. Gemessen an der Geschwindigkeit mit der wir heute Da­ten, z.B. über Glasfaser oder Satellit, übertragen können, ist die Konvertierung eines Ge­dan­kens in elektronische Form, z.B. die Formulierung eines Textes und dessen Eingabe über die Tas­ta­tur, unverhältnismäßig langsam. Zahlreiche wissenschaftliche Institute arbeiten gegen­wärtig daran, diese Schnittstelle zu optimieren. Mit Hilfe des Brain-Computer-Interfaces ist es mit­tler­weile möglich, mit der Kraft der Gedanken einen Cursor über den Bildschirm zu steuern.

Ist eines Tages die direkte Konvertierung von Gehirnströmen in Digitalsignale gelungen, wird das elementare Folgen haben. Die bis dahin lückenlos ausgebauten Breitband­kommuni­kations­netze können direkt für den Gedankenaustausch genutzt werden. Das physikalische Interface wäre zweckmäßigerweise ein zukünftiger Standard von Wireless-LAN, wodurch wir uns im Büro, privat und an allen öffentlichen Plätzen über die installierten Hot Spots drahtlos in das Netz einloggen können, um mit jedem beliebigen Partner telepathisch zu kommunizieren. Signal­konverter wie Tastaturen, Mikrofone, Lautsprecher oder Displays werden der Vergangenheit an­gehören.

Betrachten wir dieses Gesamtnetzwerk als eine Einheit, so entsteht eine Hyper Intelligent Species (HIS), ausgestattet mit:

• der Intelligenz und der Erfahrung mehrerer Milliarden Individuen, also de facto dem Wissen der gesamten Menschheit,
• einem unbegrenzten statischen und dynamischen Informationsspeicher, wodurch keine Informationen vergessen werden und kein aufwendiges Anlernen von Nachfolgegenerationen erforderlich ist,
• sich ständig regenerierenden und nachwachsenden „Gehirnzellen“ in Form neuer Individuen,
• umfassenden „Sinnesorganen“ zur Überwachung innerer Abläufe und zur Wahrnehmung der äußeren Umgebung.
• Letzteres wird die Aufgabe der modernen Messtechnik sein.

Auch falls wir nicht mehr Zeugen dieser Zukunftsvision sein sollten, so können wir uns zumindest eine Vorstellung vom Leistungspotenzial vernetzter intelligenter Strukturen machen und die Not­wen­digkeit ableiten, Messtechnik kompatibel zu den etablierten Computer- und Kommu­ni­kations­standards zu entwickeln.

Stark verallgemeinert könnte man die Aufgabe eines Mess- und Übertragungssystems so definieren: „Eine beliebige Anzahl verschiedener physikalischer Größen ist von unterschiedlichen stationären oder mobilen Messstellen simultan zu erfassen und fehlerfrei einem beliebig positionierten Leitstand zuzuführen“.

Gegenwärtig wird diese Aufgabe hauptsächlich noch mit zentralen Datenerfassungssystemen gelöst, die aber schon heute bei vielen Anwendungen auf unüberwindliche Grenzen stoßen. Bei­spiels­weise ist die Zuführung vieler, weiträumig verteilter und hochempfindlicher Sensor­lei­tun­gen zu einer zentralen Datenerfassungseinheit unweigerlich mit der Einkopplung von Störsi­gna­len verbunden, die das eigentliche Messsignal drastisch verfälschen können. Die Lösung liegt in der Positionierung der Signalaufbereitung (Verstärkung, Filterung) und Datenerfassung (Digi­ta­li­sie­rung und Konvertierung) direkt am Sensor. Hierbei können durchaus mehrere Sensoren ko­sten­günstig zusammengefasst werden, sofern die Signalwege nicht zu lang sind. Da nun ohnehin die Notwendigkeit besteht, die digitalisierten Daten von den dezentralen Messstellen zu über­tra­gen, warum dann nicht gleich mittels Ethernet oder Wireless-LAN und Standardprotokollen wie TCP/IP, HTTP, FTP, SMTP oder POP3? Dieser Schritt macht die Messtechnik automatisch zu netz­werk­kompatiblen Geräten und ermöglicht die direkte Ankopplung an bereits vorhandene Infra­stru­kturen, wie LAN-Netzwerke, Wireless-LAN Access-Points und Internet. Dann können Sie sich zum Beispiel auch die Messdaten vom Sensor via E-Mail ins Büro schicken lassen und antworten mit einem neuen angepassten Setup.

Diesem Konzept folgte die Tentaclion GmbH in den vergangenen Jahren und verfügt heute über eine Technologie, die noch weit darüber hinausgeht. Die in den Datenerfassungsmodulen inte­grie­r­­ten „Mikro-PCs“ mit einer Echtzeit-Datenverarbeitungsgeschwindigkeit von 12Mbps, weitem Tem­peraturbereich von -40 bis +85°C und einer Größe von nur 68x40x5mm verfügen über eine 16MB RAM-Disk, eine 4MB Flash-Disk und 2 unabhängige LAN-Ports. Letztere ermöglichen die Anein­anderreihung einer beliebigen Anzahl von Modulen mit einem max. Abstand von jeweils 100m ohne die normalerweise notwendigen Hubs oder Switches. Ein Single-Shot Mode mit bis zu 1Gbps bei einer Speichertiefe von 64kB erlaubt zusätzlich die Integration von periodischen Hoch­ge­schwindigkeitsanwendungen, wie z.B. Ultraschallmessungen. Die Intelligenz basiert auf einem im­plementierten Linux-Betriebssystem und bietet die gleiche Performance, Stabilität und Flex­i­bi­li­tät, wie wir sie vom PC her kennen. Integrierbare Web-, FTP- und E-Mail-Server eröffnen alle Mö­glichkeiten der netzwerkbasierenden Kommunikation und auch die Datenkonvertierung in je­des gewünschte File-Format wird bereits hier erledigt. Die Übertragung erfolgt LAN-kompatibel über Kabel mit max. 12Mbps Nettodatenrate oder WLAN-kompatibel über Funk mit bis zu 4Mbps.

LAN- und WLAN-OEM-Module zur Übertragung kontinuierlicher serieller oder paralleler Datenströme

Eine wesentliche Innovation ist die Fähigkeit der Module, aktiv mit jedem anderen in Reichweite be­findlichen Modul zu kommunizieren. Daraus resultierend lässt sich praktisch jede beliebige To­po­logie abbilden, z. B. eine linear verkettete Struktur zur Überwachung einer langen Pipeline, bei der in regelmäßigen Abständen Messstellen installiert sind, die jeweils die Daten der Vor­gäng­er­mess­stelle zusammen mit den eigenen an die Nachfolgermessstelle weiterleiten. Eine der vielen fi­­nalen Anwendungen wird gegenwärtig in einem Großprojekt für die britische Ölindustrie er­probt. Bis zu 1000 völlig autarke Sensoren werden hier zukünftig Materialdefekte an Indu­strie­an­la­gen aufspüren, drahtlos miteinander kommunizieren und ihre Messergebnisse selbständig an ei­ne Leitstelle zur Auswertung weiterleiten. Durch das Konzept des dezentralen intelligenten Sen­sors kombiniert mit einem batteriegestützten Power-Management entfällt jegliche Ver­ka­be­lung, wie z.B. die Installation von zentralen Access-Points oder das Verlegen von Strom­ver­sorg­ungs­leitungen, was gerade in explosionsgeschützten Bereichen zu den gewünschten Kosten­ein­spa­rungen führt. Eine automatische hochpräzise Zeitsynchronisation zwischen den einzelnen Mess­stellen ermöglicht die simultane Datenerfassung nach dem Zeitstempelprinzip und ge­währ­lei­stet exakte Korrelationen in der Leitstelle, unabhängig von der Dauer des Datentransports. In um­gekehrter Richtung sind die Messstellen drahtlos programmierbar, sowohl bezüglich einer Neu­parametrierung als auch hinsichtlich eines Firmware-Updates. Ziel der nächsten Jahre wird es sein, diese Technologie weiter zu miniaturisieren, um sie eines Tages als preiswerte Stan­dard-Ein-Chip-Lösung in alle Sensoren integrieren zu können.

Bis dahin gilt es, möglichst alle Messtechnikhersteller von den Vorteilen integrierter LAN- und WLAN-Schnittstellen zu überzeugen, um die Zukunft kompatibel zu gestalten. Wir unterstützen Sie dabei gern mit unseren zahlreichen OEM-Modulen.

Zum Ausdrucken der Informationen empfehlen wir, nachfolgende PDF-Datei zu nutzen DezentraleIntelligenz.pdf