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Bildgebende Verfahren sind ein Standardwerkzeug für die Erkennung und Identifikation von Objekten in vielen automatisierten Prozessen der Industrie. Ohne die Möglichkeiten dieser Technologie, Objekte hinsichtlich ihrer räumlichen Lage, Qualität oder Ausführung zu beurteilen, wären viele Prozesse etwa in der Produktion in der gewünschten Geschwindigkeit nicht durchführbar. Agrarroboter stellen hier ein anspruchsvolles Beispiel dar. Wechselnde Witterungsbedingungen, ein frei zugänglicher Arbeitsbereich, der abgesichert werden muss und anspruchsvolle sich oft bewegende Objekte, die es zu identifizieren gilt, stellen hohe Anforderungen an die Sensorik.
Der wichtige Baustein bei der Entwicklung autonomer Maschinen wie Servicerobotern oder Agrardrohnen sind neue Meta-Detektoren zur Bildgebung, die über die vorhandenen Verfahren zur Auswertung hinaus weitere zusätzliche Informationen aus der bzw. über die Umgebung gewinnen können. Meta-Material Sensoren können das Licht nicht nur wie bislang durch miniaturisierte Lupen und Spiegel lenken und reflektieren, sondern auch dehnen, strecken, verzerren und in weiteren Arten manipulieren, so dass verschiedene überlagerte Informationen im Licht getrennt voneinander analysiert und betrachtet werden können.
Als wichtigster Schlüsselfaktor für die zukünftige smarte Automatisierung sind designte, neu entwickelte Metaoberflächen und Metamaterialien, sowie verschiedene Verfahren im Bereich der künstlichen Intelligenz unerlässlich.
Das OASYS Projekt Silizium-kompatible Detektoren für die Objektidentifikation entwickelt die innovative Integration von Metaoberflächen und KI in Detektorsystemen mit erweitertem Spektralbereich sowie passende Technologien und Entwurfsverfahren zur anwendungsspezifischen Ausführung. Besonders im Sensorbereich und der Mikroskopie sowie für Weltraumteleskope sind künstliche Metamaterialien wie „Perfekte“ Meta-Linsen oder Materialien mit negativem Brechungsindex interessant, da sie die Auflösung, die Selektion nach bestimmten Eigenschaften des Lichts und eine Effizienz um ein Vielfaches erhöhen. Photonische Metamaterialien haben das Potential die Optik und Photonik in ähnlicher Weise zu revolutionieren wie die Siliziumtechnologie einst die Mikroelektronik verändert hat.
Die Weiterentwicklung der Automatisierung hin zu autonomen Maschinen wird maßgeblich bestimmt von der Leistungsfähigkeit der bildgebenden Detektionssysteme sowie Datensätzen und entscheidungsfindenden Algorithmen der so genannten Künstlichen Intelligenz. Anwendungsszenarien wie Erdbeerpflückroboter, autonome Bergbaumaschinen oder Weltraumrobotik, leistungsfähigere Teleskope, Lebensrettungsdrohnen und verbesserte (bio-)medizinische Geräte, Gesundheitsüberwachung von Pflanzen im Agrarbereich oder allgemeine Umweltdiagnostik können mit sensitiveren und designten Metamaterialien verbessert und neu gedacht werden. Auf den Anwendungsfall zugeschnittene Datenverarbeitung und Auswertung steigert dann nochmals die Effektivität des Gesamtsystems. Auch in der Quantenkommunikation können Detektoren mit Metamaterialien gewinnbringend eingesetzt werden. Das Anwendungsspektrum für im OASYS Projektes konzipierten Detektoren im Bereich der Objektidentifikation ist sehr umfangreich, wir haben einige Use Cases im Anschluss aufgeschlüsselt:
& Quantenkommunikation
Metamaterialien für Weltraumteleskope
Quantenkommunikation
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DOI:
White Paper
Leitprojekte Hyperspektrale Bildgebung
Leitprojekte optische verfahren in den Biowissenschaften