ScalABal: Skalierbare Akustische Backscatter Kommunikationssysteme in metallenen Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Christian Renner
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560264529

Cyber-Physische Systeme - d.h. die Verflechtung der physischen mit der virtuellen Welt - ermöglichen die Smartifizierung der teilweise maroden kritischen zivilen Infrastruktur. Miniaturisierte Sensoren, beispielsweise in Stahlträgern von Brücken oder in Pipelines, sind eine Voraussetzung für Predictive Maintenance zur Erhöhung der Sicherheit bei reduzierten Kosten. Die derzeit verfügbaren Technologien und Methoden sind hierfür jedoch weitgehend ungeeignet. Innerhalb fester Körper, insbesondere metallischer, ist die Funkkommunikation stark eingeschränkt oder sogar unmöglich. Eine Verkabelung zur Kommunikation oder Stromversorgung ist wirtschaftlich nicht sinnvoll oder beeinträchtigt die Integrität der Infrastruktur. Batterien können die Energieversorgung der Sensoren über die Lebensdauer der Infrastruktur nicht gewährleisten. Daher sind alternative und neuartige Technologien erforderlich. Im vorgeschlagenen Projekt nehmen wir diese Herausforderung an und betreiben Grundlagenforschung zur drahtlosen akustischen passiven Backscatter-Kommunikation. Wir leisten folgende Beiträge: (1) Wir untersuchen die Eigenschaften und Anforderungen akustischer Kanäle und Kommunikationsmethoden, identifizieren die wesentlichen Einflussfaktoren und entwickeln Methoden, Modelle und praktische Werkzeuge für die Forschung. (2) Wir erforschen breitbandige Modulationsverfahren für eine vollständig passive und zuverlässige Kommunikation in großen Netzwerken. (3) Wir entwerfen und untersuchen geeignete Verfahren zur Skalierbarkeit von großen Netzwerken von Sensoren. (4) Wir untersuchen die Machbarkeit von batterielosen Sensoren und schaffen so die Voraussetzung für zukünftige Forschung. Im Rahmen des beantragten Projekts werden Methoden, Algorithmen und Protokolle erforscht, theoretisch modelliert, simuliert und durch Experimente evaluiert. Das Projekt wird damit grundlegende Beiträge zu einem aufstrebenden Forschungsfeld leisten, das weitgehend ungenutztes Potenzial zur Verwirklichung eines wesentlichen, gesellschaftlich relevanten, sicherheitskritischen und wirtschaftlichen Aspekts der Digitalisierung und Smartifizierung unserer Welt besitzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen