Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Smarte Tapete zur einfachen Batterie- und funklosen Integration von IoT-Geräten
Smart Homes zielen darauf ab, technische Systeme überall dort im Haus zu installieren, wo sie gebraucht werden. Allerdings sind nicht immer die dafür notwendigen Strom- und Kommunikationsanschlüsse vorhanden. Im Projekt „ConText“ entwickelt das Fraunhofer IFAM eine Smarte Tapete, die sich leicht und ohne großen Aufwand im Wohnbereich installieren lässt.
Smart Homes versprechen durch die Vernetzung der zahlreichen Haushaltsgeräte, angefangen bei der Lampe bis zu Staubsaugerroboter, einen Gewinn an Lebensqualität, Sicherheit und Komfort. Verschiedene Sensoren vermessen diverse Parameter im Wohnumfeld, wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchte oder erfassen Bewegungen, um Licht und Heizung intelligent zu steuern. An den Wänden angebrachte Bedienelemente und kleine Bildschirme ermöglichen Nutzerinteraktion; selbstverständlich ist heutzutage aber auch die Steuerbarkeit über eine Smarthphone-App.
Die steigende Technologiedichte in den eigenen vier Wänden bringt aber auch Probleme mit sich. Viele der IoT-Geräte werden drahtlos angebunden, die statische Verlegung von Leitungen in den Wänden ist für Heimanwender unattraktiv, weil aufwendig und setzt ein durchdachtes Konzept voraus, da es starr und nachträglich unflexibel ist. Funkanwendungen leiden im Vergleich jedoch vermehrt an den überfüllten Frequenzbändern, sind mitunter unzuverlässig und werfen immer wieder Sicherheitsbedenken auf. Hinzu kommt die Problematik der Energieversorgung; oftmals durch Batterien gelöst, müssen diese regelmäßig gewechselt werden – das ist nicht nur lästig, sondern auch ein ökologisches Problem.
Intelligente textile Oberflächen
Die Idee hinter dem Projekt “ConText” ist die Ausstattung der Tapeten mit verborgenen Leiterbahnen, die Geräte mit einer Energie- und Datenverbindung versorgen – ohne die Notwendigkeit Kabel zu legen oder auf Batterien und Funktechnik zurückgreifen zu müssen. Die Technik selbst ist unsichtbar und die Tapete als solche unterscheidet sich im Aussehen nicht von ihren herkömmlichen Gegenstücken – auch die Verarbeitung erfolgt weitestgehend wie gewohnt. Funktionseinheiten wie Sensoren, Schalter und andere interaktive Komponenten oder Leuchtelemente, können später einfach auf die tapezierte Wand aufgesteckt werden und sind dann sofort einsatzbereit.
Der langfristige Nutzungshorizont von Räumen lässt sich nur schwierig vorhersagen. Was einmal als Büro genutzt wurde, erfährt schon schnell einmal eine Umwidmung zum Kinderzimmer, wenn sich die Lebensumstände ändern. So will die Positionierung von Elementen wie klassischen Lichtschaltern, bei der Raumplanung wohl überlegt sein, denn einfach verlegen lassen sie sich später nicht mehr. Anders bei der smarten Tapete: Ebenso einfach wie sich die Addons installieren lassen, können sie aber auch wieder abgelöst und an anderer Stelle angebracht werden. Das schafft Flexibilität für Wohnräume, die sich den Nutzungsbedürfnissen besser anpasse lassen.
Verschiedene Ansätze zur Einbettung der Leiterstrukturen
Im Projekt „ConText“ wird der technologische Ansatz untersucht, Leiterbahnen in Tapeten einzubetten, um hiermit eine Infrastruktur zur Energieversorgung und Kommunikation bereitzustellen. Sensoren, Schalter, interaktive Elemente – all dies kann ebenso einfach auf die Wand gesteckt, wie auch wieder entfernt werden, ohne Kabel, ohne Batterien und ohne Funk. Zur Einbettung der Leiterstrukturen werden unterschiedliche technologische Ansätze untersucht, von metallischen Partikeln in der Vliesherstellung, eingewebte leitfähige Garne oder die drucktechnische Aufbringung mittels leitender Tinten und Pasten in verschiedenen Druckprozessen. Zur Kontaktierung zwischen den elektronischen Komponenten und der Tapete werden Möglichkeiten wie z.B. leitfähiger Klebstoffe, Mikronadeln oder induktive Kopplung betrachtet.
Die Beiträge des Fraunhofer IFAM in dem Projekt liegen im Bereich der drucktechnischen Fertigung und Applizierung von Leiter und Sensorstrukturen im Bereich der Tapete und für die Gestensteuerung. Zudem Entwickeln wir die proprietären elektronischen Komponenten, programmieren deren Firmware und tragen zu der zentralen Steuerungssoftware teil.
Das Projekt „ConText“ (FKZ: 16SV8251) wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenprogramm „Innovations- und Technologiepartnerschaften für die Mensch-Technik-Interaktion: Intelligente, vernetzte Gegenstände für den Alltag “.
Weitere Projektpartner:
- Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, Bremen
- Robert Bosch GmbH, Renningen
- Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)
- Norafin Industries (Germany) GmbH, Mildenau
- Peppermint Holding GmbH, Berlin