Verbindungskünstler Licht: Li-Fi revolutioniert Industrie 4.0

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden arbeitet an neuen Wegen, große Datenmengen schnell und sicher zu übertragen. Li-Fi, also die optische, drahtlose Datenübertragung via Licht, kristallisiert sich dabei zunehmend als Technologie der Zukunft heraus, vor allem für Industrie 4.0.

Automatisierung und intelligente Produktionsabläufe halten derzeit allerorten Einzug in der Industrie. Unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ skizzieren Forscher die Vision einer „smarten Fabrik“. Dafür müssen immer mehr Sensoren, Maschinen und Steuerungseinheiten miteinander kommunizieren, was zu immer höheren Datenmengen führt, die übertragen werden müssen.

High-Speed-Datenlink Li-Fi GigaDock

Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher des Fraunhofer IPMS in Dresden eine neuartige optische Schnittstelle, das so genannte Li-Fi GigaDock, entwickelt, bei der die Daten via Licht übertragen werden. „Der große Vorteil der Li-Fi-Technologie besteht darin, dass sie Daten drahtlos und mit sehr hohen Bandbreiten in Echtzeit senden und empfangen kann“, erklärt Dr. Frank Deicke, Geschäftsfeldleiter Wireless Microsystems am Fraunhofer IPMS. Derzeit realisieren die Forscher damit Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s, etwa 100 Mal schneller als aktuelle WLANs. „Mittelfristig streben wir aber bis zu 100 Gbit/s an.“

Sicherheit, Zuverlässigkeit und Flexibilität

Beim Li-Fi GigaDock geht es um den Datenaustausch einzelner Komponenten und Bauteile auf geringe Entfernungen von 1-10 cm, für die bisher Kabel mit Steckverbindungen verwendet wurden. Diese  haben allerdings den Nachteil, dass sie durch häufiges Umstecken relativ schnell verschleißen. „Mit den Li-Fi GigaDock-Kommunikationsmodulen können die üblichen Hochfrequenzstecker nun ersetzt werden, was Kosten spart und die Zuverlässigkeit und Flexibilität erhöht“, erklärt Deicke. Zudem vereinfacht die optische, drahtlose Datenübertragung auch Anwendungen wie das Messen von Temperaturen, Druck oder Gaszusammensetzungen in kritischen Umgebungen wie z.B. Raffinerien, wo Explosionsgefahr besteht. Konventionelle Steckverbindungen lassen sich nämlich nur mit sehr viel Aufwand vor Funkenbildung abschirmen.

Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0

Zum Einsatz kommen wird das neuartige Kommunikationsmodul etwa in Industrierobotern. Durch den Wegfall von Kabelverbindungen werden sich die Roboterarme beliebig in jede Richtung drehen lassen, was die Verwendung von Werkzeugen durch den Roboter massiv verbessert und flexibilisiert. Der hohe Datendurchsatz über das Li-Fi GigaDock ermöglicht auch Videodatenübertragung und macht ihn erst wirklich „smart“.

„Die Vision von Industrie 4.0 lautet ja: Sensoren erfassen Daten, senden diese an die Cloud, wo sie in Echtzeit von Algorithmen verarbeitet werden, um damit wiederum in Echtzeit den Produktionsprozess zu steuern und zu optimieren. Voraussetzung dafür ist allerdings eine möglichst hohe Datenübertragungsrate. Insofern ist Li-Fi sicherlich eine Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0“, erläutert Deicke. Gegenüber konventionellen, funkbasierten Drahtlosnetzwerken bestechen Li-Fi-Verbindungen außerdem durch eine hohe Störungsresistenz und hohe Sicherheit, weil Licht schlichtweg keine Mauern durchdringt.

Logistik und Medizintechnik

Auch in der Logistikbranche sollen optische Datenverbindungen sehr bald die Kommunikation zwischen Robotern und zentralen Leitstellen bzw. Waren und Warenkörben revolutionieren. Bandbreite und Echtzeitfähigkeit spielen dabei wiederum die Schlüsselrolle. Ein weiteres

Anwendungsgebiet des Li-Fi GigaDock ist die Medizintechnik, z.B. bei EKG-Monitoringsystemen, Defibrillatoren oder in der Notfallmedizin. Hier kommen sehr oft mobile, modular aufgebaute Systeme zum Einsatz, bei denen die Daten ebenfalls über Steckverbindungen ausgelesen werden müssen. Optische Datenübertragung vermeidet wiederum das Verschleißproblem und sorgt zudem für entsprechende Hygiene. „Wenn Sie ein Gerät mit glatter Oberfläche haben, das sie einfach reinigen können, ist das in der Medizin natürlich ein großer Vorteil“, erläutert Deicke.

Li-Fi GigaDock bereits regulär im Einsatz

Bei der Entwicklung des Li-Fi GigaDock kooperierten die Forscher des Fraunhofer IPMS mit Partnern aus der Industrie. „Wir haben uns dabei sehr stark an ihrem Bedarf orientiert. Das Li-Fi GigaDock-Kommunikationsmodul kann daher auch sehr einfach und kostengünstig in bestehende Maschinen und Industriesysteme implementiert werden. Namhafte Industriefirmen befinden sich damit derzeit im Testbetrieb, in einigen Nischen kommt es bereits regulär zum Einsatz“, so Deicke. Mit der generellen Serienreife rechnet er in zwei bis drei Jahren.  

Li-Fi HotSpot ersetzt bei Fraunhofer WLAN

Welches Potenzial die Li-Fi-Technologie hat, zeigt der zweite Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IPMS. Seit Jahren arbeiten die Forscher in Dresden auch an einem Li-Fi Hot-Spot für Unternehmen als Ersatz für konventionelle WLAN-Netzwerke. Wesentliche Vorteile: Geschwindigkeit, Stabilität und Sicherheit zu geringen Kosten. „Im Moment sind wir gerade dabei, in unserem Institut mit mehr als 300 Mitarbeitern damit WLAN und Ethernet-Kabelverbindungen zu ersetzen.“

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