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LIVE MESSWERTE PROXI CUBE

 

Im Dienste der aktuell brennenden gesellschaftlichen Ziele (z.B. Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität und Bekämpfung des Corona-Virus) wird ein neuartiges Messgerät als jüngster Spross der Entwicklungen des Forschungszentrums CeMOS/Hochschule Mannheim vorgestellt. In diesem Beitrag - basierend auf der Beschreibung der konzertierten Aktivitäten der verschiedenen Akteure des Mannheimer Smart-City-Ökosystems (SC ) - wollen wir die Technologie und einige Ergebnisse unserer Studie über die Verteilung von Gasen und Partikeln und deren Auswirkungen auf die Gesundheit der SC-Bürger aller Altersgruppen und das ökologische Gleichgewicht vorstellen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen CO2 und flüssigen Aerosolen aufgezeigt. Insbesondere wird der Frage nachgegangen, wie sich koronare Tröpfchen ausbreiten und wie schnell sie verdampfen. Ein breites Portfolio an Anwendungsmöglichkeiten rundet den Artikel ab. Die Anwendungsfälle spiegeln die notwendigen transversalen (z. B. kreativ, innovativ, unternehmerisch, vernetzt) und technischen Kompetenzen (z. B. in Bezug auf Kodierung, Datenarchitektur, Big Data, Cloud Computing oder KI) wider, um in einem Ökosystem zu bestehen, das auf nachhaltige Innovation ausgerichtet ist.

Das intensive SC-Engagement, die Positionierung und das Branding der Stadt Mannheim (Smart City Leitbild 2030; Bitcom Award für Verwaltung; Approved Role Model Project Smart Cities; zukunftsfähige Stadtteilentwicklung 'Franklin'; Urban Thinker Campus) bildet die Grundlage für den aktuellen internationalen Erfolg des Produkts. Das Mannheimer Netzwerk Smart Production ist ein Knotenpunkt zwischen produzierenden Unternehmen, Forschungseinrichtungen und B2B-Lösungsanbietern. Hier entstand die Idee des würfelförmigen Multisensorsystems bei der Entwicklung der nächsten Generation der Industrie 4.0-Fertigung. Darüber hinaus vermittelt die Wirtschaftsförderung Mannheim Know-how zu Standort, Immobilien, finanziellen Fördermöglichkeiten, Fachkräftegewinnung oder Unternehmenskontakten. Mafinex ist Mannheims Technologiezentrum für Existenzgründer. Nicht zuletzt sind es die Mannheimer Hochschulen, die die SC-Bewegung in der Stadt vorantreiben. Die Geräteentwicklung wurde von Dr. Thomas Schäfer vom Institut CeMOS der Hochschule Mannheim geleitet. Die industrielle Serienreife des Endprodukts wurde von der ProxiVision GmbH/Bensheim erreicht, verantwortlicher Vertriebspartner ist die Nevoox GmbH/Mannheim.

Das ProxiCube genannte Gerät ist ein würfelförmiges Multisensorsystem mit einer Kantenlänge von 8 cm (Abb. 1), das federführend von Dr. Thomas Schäfer vom Kompetenzzentrum CeMOS der Hochschule Mannheim entwickelt wurde.

Es misst verteilt Umweltdaten wie CO2, TVOC, Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, Lichtstärke, Lautstärke, aber auch Feinstaub und flüssige Aerosole. Weitere Werte, wie Position, Geschwindigkeit, akustische Frequenzbereiche, CO und vieles mehr können als Zusatzsensoren bereitgestellt werden.

Alle Daten werden per Funk in die Cloud übertragen und können über Berechtigungszertifikate weltweit aus der Datenbank abgerufen, angezeigt und weiterverarbeitet werden - auch rückwirkend per Handy oder PC oder Leitstelle.

Basierend auf der gleichzeitigen Messung und Speicherung aller genannten Daten über Sensoren können KI-Algorithmen wie z.B. Korrelationscluster angewendet werden, die für die Stadtplanung und -verwaltung genutzt werden. Das Gerät kategorisiert trockenen Feinstaub in verschiedene Größenklassen und ermöglicht die genaue Bestimmung der lungengängigen Belastung und der in Mund und Rachen der Bürger gebundenen Staubmenge. Das Gleiche gilt für flüssige Aerosole, die getrennt vom trockenen Feinstaub gemessen werden. Auch bei Flüssigkeitströpfchen wird zwischen lungengängigen und nicht lungengängigen unterschieden. Was die Messung von Flüssigaerosolen betrifft, so macht die standardmäßige Integration von getrennt gemessenen Flüssigaerosolen diesen Umweltsensor weltweit einzigartig. Für die Grundidee der getrennten Messung von Gesamtaerosolen und dem Flüssigkeitsanteil wurde ein Patent angemeldet.

Diese hochpräzise, zum Patent angemeldete Technologie zur Messung der Raumluftqualität und der TVOC-Werte (organische flüchtige Stoffe) mit drahtloser Kommunikation über WLAN, Matter, Bluetooth, LoRaWAN oder andere kann für die folgenden vielfältigen Einsatzbereiche in Betracht gezogen werden (ohne exklusiv zu sein): Büros und Besprechungsräume, Restaurants und Hotels, Sportstudios und Vereine, Privatwohnungen und -häuser, Arztpraxen, Krankenhäuser und Kliniken, Pflege- und Altenheime, Schulen, Kindergärten und Kindertagesstätten oder Friseursalons und Kosmetikstudios.

Wie bereits angedeutet, soll dieses Produkt im Smart-City-Kontext für intelligentes Gebäudemanagement und Smart Homes weiterentwickelt werden, indem KI-Möglichkeiten und Netzwerke wie Matter, ein IP-basierter Kommunikationsstandard, oder die Definics- oder LON-Netzwerktechnologie genutzt werden. In diesem Sinne könnten künftige Anwendungen intelligente Sensorik nutzen, die beispielsweise für die Bewegungs- und Anwesenheitserkennung, die Schlafüberwachung (z. B. für Babys und Kinder) oder die Sturzerkennung (z. B. für ältere Menschen) erforderlich ist. Im Zusammenhang mit Klima- und Umweltverschmutzungsfragen können Stadtplaner, wie bereits erwähnt, eine Vielzahl von Messwürfeln auf vereinfachte Weise an neuralgischen Punkten in Städten einsetzen und darüber hinaus deren lokale Verteilung quantifizieren.

Rückblickend könnten die in diesem Fall angewandten sequenziellen und vielfältigen Prozesse als Blaupause für das Stadtmanagement dienen, um ähnliche innovative Fälle in Zukunft zu initiieren, zu planen und zu koordinieren. Im folgenden Abschnitt wird aufgezeigt, dass dieser Prozess eines effektiven städtischen Managements eine Entscheidung über die gewünschten und von den Bürgern gesteuerten Leistungen und Ergebnisse des SC-Ökosystems erfordert. Auf dieser Grundlage müssen die Prioritäten in Bezug auf die bedingten Zuständigkeiten bewertet und bereitgestellt und schließlich durch eine effektive Zusammenarbeit aller Akteure des SC-Ökosystems umgesetzt werden.

Die Experimente bestätigen, dass ein kleiner und preiswerter Sensor die gleichen Messwerte wie hochkomplexe Referenzgeräte in vereinfachter und dezentraler und sogar privater Form erzeugen kann. Neben der möglichen Korrelation zwischen verschiedenen Umwelteinflüssen können die Innenraumbedingungen mit den Außenbedingungen korreliert werden, was die Entwicklung gezielter Gegenmaßnahmen zur Verbesserung der jeweiligen Situation ermöglicht. Die Experimente haben gezeigt, dass CO2-Maßnahmen durch Faktoren ergänzt werden sollten, die sich auf die menschliche Exposition und die Belüftung beziehen.

Wir schlagen vor, die Smart-City-Strategie auf bestehende oder neu geschaffene Kompetenzen und zunehmend auf Messinstrumente zu stützen, da diese die Prioritäten und die Zusammenarbeit bestimmen werden.