MEMS-Sensorik für Abstand, Winkel und Materialerkennung
Messen, lokalisieren, erkennen: Im EU-Projekt „Listen2Future“ hat inoson einen multifunktionalen Ultraschallsensor entwickelt, der präzise Abstands- und Winkelmessungen mit KI-gestützter Materialerkennung verbindet. Sechs MEMS-Empfänger sorgen dabei für eine vielseitige und präzise Auswertung der reflektierten Ultraschallsignale.
Im Rahmen des EU-Projekts „Listen2Future“ hat inoson einen multifunktionalen Ultraschallsensor entwickelt, der präzise Abstands- und Winkelmessungen mit einer KI-gestützten Materialerkennung verbindet.
Der Sensor nutzt weiterhin einen zentral angeordneten Ultraschallwandler als Sender. Als Empfänger kommen jedoch sechs kreisförmig angeordnete MEMS zum Einsatz. Durch ihre kompakte Bauform und die parallele Verarbeitung der einzelnen Messkanäle ergeben sich gleich mehrere Vorteile: Die Kombination der Messwerte ermöglicht unter anderem eine besonders präzise Abstandsmessung. Bei genauer Temperaturinformation liegt der Messfehler selbst bei einem Abstand von einem Meter unter 0,5 Millimetern.
Darüber hinaus lässt sich nicht nur der Abstand eines reflektierenden Objekts bestimmen, sondern auch dessen Winkel im Raum. Durch die unterschiedlichen Messwerte der sechs MEMS entsteht eine Art Beamforming. So kann der Sensor zusätzlich erkennen, ob ein einzelnes oder mehrere reflektierende Objekte vorhanden sind. Die Winkelmessung liefert insbesondere in einem Bereich von ±30° sehr gute Ergebnisse; Messungen sind darüber hinaus bis zu Winkeln von mehr als 60° möglich.
Das eigentliche Herzstück der Entwicklung ist jedoch die Materialerkennung mittels KI. Abstand und Winkel werden dabei für die Vorverarbeitung der Messdaten genutzt. Angelernte Materialien können bis zu einem Winkel von 25° erkannt werden. Auch bei größeren Winkeln zwischen 25° und 60° ist weiterhin eine grundlegende Unterscheidung verschiedener Reflektortypen möglich.
In Versuchen wurden unter anderem Metall, Luftpolsterfolie, Moosgummi und Schaumstoff miteinander verglichen. Dabei zeigt sich, dass neben dem Mittelwert der sechs Messkanäle auch deren Standardabweichung wertvolle zusätzliche Informationen liefert. So lassen sich selbst Materialien unterscheiden, deren Messwerte auf den ersten Blick sehr ähnlich erscheinen.
Damit vereint der entwickelte Sensor mehrere Funktionen in einem kompakten System und eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen, bei denen neben Abstand und Position auch Informationen über die Beschaffenheit eines Objekts gefragt sind.
