Pictures of the Future      Frühjahr 2005

Objekte mit Persönlichkeit

Das Kleid steht ihnen ausgezeichnet", sagt die freundliche Stimme aus dem Lautsprecher. Und der Bildschirm empfiehlt: "Dazu würde diese blaue Jacke passen." Karin M. verlässt die Umkleidekabine und wird von ihrem Einkaufs­navigator zur Kleiderstange gelotst, wo die Jacke hängt. Sie lässt das neue Outfit gleich an, das Lesegerät an der Kasse registriert die gekauften Waren berührungslos und druckt die Rechnung aus. "Achtung", liest sie auf dem Display an der Kasse, "Ihr Kleid sollte maximal mit 30 °C gewaschen und nicht in den Trockner gegeben werden."

Zukunftsmusik? Keineswegs, denn die beschriebene Technik gibt es schon. Im Futurestore der Metro AG in Rheinberg bei Duisburg weiß der Computer, wo sich jedes Kleidungsstück befindet, welche Größe es hat und was es kostet. Die Einkaufswagen sind mit Navigationssystem ausgerüstet und lotsen den Kunden durch den Laden. Gezahlt wird an Kassen, die die Preise der Produkte berührungslos abtasten. In Japan testet NEC einen virtuellen Lauf­steg: Der Kunde gibt seine Maße ein, der Computer erkennt, welche Kleidungs­stücke in der Umkleidekabine hängen und schlägt passende Kombinationen vor. Partner des Metro-Futurestore sind Siemens Automation and Drives (A&D), das Teile der Funktechnologie liefert, und Siemens Business Services (SBS) für die Systemintegration.

Online-Inventur mit RFID. In Logistik und Produktion werden schon heute Paletten oder Container mit einem elektronischen Gedächtnis ausgestattet, auch einzelne Produkte wie Lebensmittel oder Ersatzteile für Autos sollen in den nächsten Jahren eine eigene Identität erhalten. Die kleinen Gehirne der schönen neuen Warenwelt sind so genannte RFID-Transponder (Radio Frequency Identification, siehe Zukunft der Transponder in Pictures of the Future, Herbst 2003). Diese Tags bestehen aus einem winzigen Chip und einer Antenne. Beide können so flach gestaltet sein, dass sie in ein Papier­etikett geschweißt oder wasserdicht in Kleidungsstücke verwoben werden können. "RFID-Tags verbinden die Welt der Daten mit der realen Welt", sagt Dr. Carl Udo Maier, der bei Siemens Corporate Technology (CT) das strategische Marketing Automation & Control leitet.

Im Jahr 2012 werden 1000 Milliarden Gegenstände mit RFID-Chips aus­gestattet sein, prophezeit Sun Microsystems. Die Unternehmen werden 2010 dafür 11,7 Mrd. US-$ ausgeben, schätzen die Marktforscher von Frost&Sullivan. Treiber der Entwicklung sind Handelsunternehmen wie WalMart und Metro. Laut Prof. Matthias Lampe von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich beträgt die Differenz zwischen Inventurliste und tatsächlichem Lagerbestand bei Einzelhändlern im Durchschnitt 35 %. 15 % der Produkte in Werbeanzeigen sind ausverkauft – ein Loch, das RFID stopfen könnte.

Bis jedes Produkt einen Transponder hat, wird es noch einige Jahre dauern. Mit derzeit 30 bis 50 Cent sind passive Einweg-Tags für die meisten Artikel in Supermärkten noch zu teuer. Hochwertige aktive Tags mit Batterie dürfen dagegen auch mehr kosten, wenn sie etwa in einer Fabrik eingesetzt und tausende Male wiederverwendet werden und obendrein Produktionszeit ein­sparen. Mit billigen Polymer-Tags, bei denen die Schaltung aus leitendem Kunststoff aufgedruckt wird, rechnet Holger Schönherr, Projektleiter für auto­matische Identifizierung bei A&D in Nürnberg, frühestens 2008. Dann dürfte sich der Stückpreis um ein Cent bewegen und höchstens noch für eine Kugel aus dem Kaugummiautomaten zu teuer sein (siehe Die Chip-Drucker in Pictures of the Future, Herbst 2004).

RFID ist allerdings nicht gleich RFID – auf diese Feststellung legt Schönherr Wert. Je nach Einsatz eignen sich unterschiedliche Übertragungsfrequenzen – von 125 kHz über 13,56 MHz, den UHF-Bereich bis 920 MHz bis zu Mikrowellen mit 2,45 GHz. A&D hat eine ganze Palette von RFID-Systemen entwickelt, die unter dem Namen MOBY für die unterschiedlichsten industriellen Einsätze angeboten werden. Da gibt es RFID-Systeme mit passiven Tags, die ihre Energie aus dem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts beziehen und aus maximal einigen Metern Entfernung ausgelesen werden können. Diese besonders wirtschaftliche Methode zur Kennzeichnung von Waren nutzen große Versandhäuser und Logistikdienstleister, um ihre Prozesse zu optimieren. Aktive Tags mit größerer Reichweite und mehr Speicherkapazität werden zur Lösung anspruchsvoller Aufgaben in der Produktions­auto­matisierung eingesetzt. So werden in der Automobilindustrie Fertigungsdaten in jedem Produktionsschritt auf das Fahrzeug übertragen und von dort gelesen. Hierfür müssen die Tags besonders robust und unempfindlich gegen hohe Temperaturen sein. Systeme zur Lokalisierung und Ortung von Gegenständen oder Personen mit Reichweiten von einigen hundert Metern runden das Spektrum ab.

Damit die Objekte mit Persönlichkeit auch weltweit kommunizieren können, haben sich Ingenieure eine universelle RFID-Sprache ausgedacht. Der Electronic Product Code (EPC) enthält Informationen über Hersteller, Produkt und Seriennummer. Die 96 Stellen des standardisierten Codes reichen aus, um jedes Ding auf diesem Planeten eindeutig zu kennzeichnen. Nach dem Prinzip "Ich kenne jemanden, der sich auskennt" wird der EPC dazu genutzt, um die Information über den Gegenstand des Interesses aus einer Datenbank herauszusuchen. Die kann auch am anderen Ende der Welt stehen und übers Internet verbunden sein. Der Code auf dem RFID-Chip ist also lediglich eine Adresse – ein Richtungspfeil, der dorthin zeigt, wo im globalen Gehirn die Information zu diesem Gegenstand gespeichert ist. Dieses Prinzip ist bei­spiels­weise nützlich, um Datensicherheit zu gewährleisten und Informationen nicht jedermann zugänglich zu machen (Sicherheit). Außerdem können auf diese Weise die mit einem Gegenstand verbundenen Daten beliebig groß sein, denn auf den kostengünstigen RFID-Chips können nur begrenzt Daten gespeichert werden. Sie reichen für ein paar Seiten Text, aber keinesfalls für Fotos, Bedienungsanleitungen oder Wartungsprotokolle.

Dinge werden intelligent. Für Carl Udo Maier sind die nächsten Technologie­schritte:
^? Erste RFID-Tags werden bereits mit Sensoren ausgerüstet. Diese könnten die Kühlung von Lebensmitteln überwachen oder den Reifendruck ins Auto­cockpit funken. Die Technik ist ausgereift, eine Massenfertigung möglich. Maier nennt das Context-Awareness: Ein Gegenstand weiß, wann er sich wo befindet oder auch, wie warm es ist – interessant etwa für Kühlkreisläufe bei Lebensmitteln.
^? Zu den messenden Sensoren gesellen sich in wenigen Jahren Systeme, die die Daten gleich in passende Befehle umsetzen. So stellt Siemens bereits wasserdichte MOBY-Transponder her, um Wäschestücke in Krankenhäusern oder Altenheimen zu identifizieren. Ein eingenähter Sensor könnte die Temperatur messen und ein Signal an die Waschmaschine senden, die auto­matisch die Temperatur drosselt, wenn das Waschwasser für den Woll­pullover zu heiß wird.
^? In fünf bis zehn Jahren kommunizieren die RFID-Tags sogar untereinander. Ein defektes Bauteil kann dann einer Maschine mitteilen, dass es ausge­tauscht werden muss. Oder Wäschekorb und Wäscheschrank prüfen, ob noch ausreichend saubere Unterwäsche bereit liegt. Solche Tags ließen sich auch wie Konfetti verstreuen und würden als selbstorganisierende Sensornetze das Wetter beobachten, Lawinen oder Waldbrände entdecken oder Schadstoffe im Boden identifizieren (Pictures of the Future, Herbst 2004, MEMS und Pictures of the Future, Herbst 2004, Sensornetze).

Elgar Fleisch, Professor für Technologiemanagement an den Hochschulen Zürich und Sankt Gallen, nennt dies das "Internet der Dinge": "Milliarden Sensoren und funkende Gegenstände bilden ein weltweites Nervensystem der realen Welt."

Mit dieser Idee des "Pervasive Computing (Pictures of the Future, Herbst 2004, Digitale Aura) und der verteilten Intelligenz von Objekten beschäftigt sich das Team von Marquart Franz von Siemens CT. Franz hat sich Produktionsabläufe angeschaut und festgestellt, dass sie nicht die heute oft geforderte Flexibilität haben. Seine Vision: Statt starrer Abläufe sollen Bauteile, Maschinen und selbst Transportwege – die so genannten Peers – so kommunizieren, dass immer die optimale Produktivität gewährleistet ist. Fällt eine Maschine aus, suchen sich die mit RFID-Tags versehenen Rohteile eine neue Maschine und legen den Weg dorthin autonom zurück. Dasselbe gilt, wenn eine neue Maschine in den Produktionsablauf aufgenommen wird oder sich die Bearbeitungs­prozesse ändern. In seinem Labor hat Franz einen Demonstrator aus einer Spielzeugeisenbahn und einem Konstruktionsbaukasten für Kinder aufgebaut. Spielzeugautos sind die Bauteile, die an verschiedenen Stationen bearbeitet werden sollen. Diese Stationen, die in der realen Fabrik den Maschinen entsprechen, stehen über WLAN in Funkkontakt, auch jede andere Übertragungsart wäre geeignet. Legt Franz eine der Stationen lahm, fährt der Zug (in der Fabrik das Transportband) zur nächsten geeigneten Station. "Wir glauben, dass unser Konzept wirtschaftliche Vorteile bietet", sagt Franz. Derzeit wird es den Siemens-Geschäftsbereichen präsentiert, um es mit konkreten Produktionsabläufen und Geschäftsmodellen abzugleichen.

Maschinen reden miteinander. Mit RFID allein wird sich das Web der Dinge allerdings nicht realisieren lassen. Wenn Cola-Automaten ihren Füllstand melden oder Eisenbahnwaggons ihren Aufenthaltsort, müssen Funktechniken für große Distanzen in die Bresche springen. Diese Module kommunizieren dann über Mobilfunkstandards wie GSM, GPRS und auch UMTS. "Man nimmt ein Mobilfunkmodul – eine Platine bestückt mit Chips und Software – und ver­bindet es mit Sensoren", erklärt Doris Altwasser von Siemens Communi­ca­tions (Com). Das Marktpotenzial dieser so genannten Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) ist riesig, schließlich gibt es auf der Erde nur sechs Milliarden Menschen, aber mehr als 50 Milliarden Maschinen, die künftig mit einer Zentrale oder untereinander kommunizieren können (siehe Fakten und Prognosen). Com ist mit einem Marktanteil von 37 % weltweiter Marktführer bei drahtlosen M2M-Modulen.

WM-Ball mit Funkchip. Anwendungen gibt es zuhauf – seit einigen Jahren wird M2M im stationären Bereich eingesetzt, z.B. in Getränkeautomaten, die ihren Füllstand an eine Zentrale melden, in Alarmsystemen oder in Stromzählern, die ihren Zählerstand weitergeben. Hinzu kommen immer mehr mobile Anwendungen: Die Deutsche-Bahn-Tochter Railion überwacht bereits 13 000 ihrer 120 000 Güterwaggons mit autarken Telematik-Endgeräten der Münchner transportdata AG. Sie haben die Form eines kleinen Feuerlöschers und werden außen angeschweißt. Über GSM-Netze melden sie Position und Zustand der Waggons oder der Ladung an die Duisburger Zentrale. Die neuesten Module von Siemens enthalten einen GPS-Empfänger und erlauben die Ortung auf wenige Meter genau. Damit ist künftig eine perfekte Arbeits­teilung möglich: Mittels RFID-Sensorik werden die einzelnen Gegenstände im Waggon überwacht, und die drahtlosen Module melden diese Daten dann zusammen mit dem Aufenthaltsort des Waggons.

M2M ist auch in den eigenen vier Wänden im Kommen, glaubt die Funkmodul-Expertin Altwasser. Auf der Security-Messe in Essen im Oktober 2004 hat Siemens Building Technologies ein Sicherheitssystem vorgestellt, das keinen Festnetzanschluss braucht. Dieses "Wächter-Handy" mit Freisprech­ein­richtung lässt sich an die Wand hängen und sammelt per Funk Informationen von Glasbruch- oder anderen Sensoren und sendet diese im Alarmfall via Mobilfunknetz an eine Sicherheitszentrale. Dasselbe Prinzip funktioniert im Auto – hier gibt es Alarmanlagen, die einen Einbruch melden oder einen Notruf absetzen, wenn der Fahrer einen Panikknopf drückt.

Die große Bewährungsprobe vor Millionen TV-Zuschauern muss RFID bei der Fußball-WM 2006 in Deutschland bestehen. Dort melden die Tickets den Namen des Kartenbesitzers an die Drehkreuze. Selbst der Ball wird möglicher­weise zum Sender: Adidas hat einen Fußball mit Funkchip entwickelt, der zentimetergenau übermittelt, ob er vor oder hinter der Torlinie war.
                                                                                                                 Bernd Müller