In einer zunehmend vernetzten Welt mit Milliarden von Sensoren ist vor allem die Energieversorgung ein relevanter Faktor für unsere Umwelt und auch für die Industrie. Geräte, die im Internet der Dinge miteinander kommunizieren, sind bereits heute durch eine Vielzahl von Sensoren in Form einzelner Knoten vernetzt. Bislang tauschen diese Geräte jedoch Daten mit einem enormen Energieverbrauch aus, sodass dringend notwendige IoT-Anwendungen im umfassenden industriellen Einsatz noch zu umweltschädlich oder sogar ungeeignet für eine zeitgemäße Nachrüstung wären. In dem Leitprojekt Towards Zero Power Electronics – kurz ZEPOWEL – zeigen neun Standorte der Fraunhofer-Gesellschaft, dass sich Digitalisierung und Energiewende nicht zwangsläufig ausschließen müssen.

Nach mehreren Jahren angewandter Forschung, die von integrierter Sensorik und Signalverarbeitung über die Energiegewinnung aus der Umgebung und verbesserte Speichertechnologien bis hin zu effizienter, drahtloser Kommunikation in vernetzten IoT-Systemen reicht, zielt die ZEPOWEL-Plattform darauf ab, das gesamte Spektrum vernetzter IoT-Systeme zu optimieren. Das Besondere daran ist nicht nur die  modulare Technik des Systems, die auf diverse IoT-Anwendungen zugeschnitten werden kann, sondern vor allem die Tatsache, dass sich die Sensorknoten der Zukunft auch autonom mit Energie versorgen  können.

Die gemeinsamen Ergebnisse wurden an zwei Marktsegmenten des Internets der Dinge demonstriert: Smart Cities und Smart Fabrication. Zum einen also mit einem autarken Sensorknoten für die intelligente Stadt, der die Luftqualität, wie zum Beispiel Stickoxide oder Feinstaubbelastung, sehr energieeffizient überwacht und Umweltdaten in Echtzeit sammelt. Zum anderen mit einem IoT-Knoten für die vernetzte  Produktion, der den Betriebszustand von Maschinen, Motoren oder Pumpen erfassen und steuern kann, um deren Energiebedarf gerade im Hinblick auf Leerlaufzeiten drastisch zu verringern.

Bei der Abschlussveranstaltung kamen alle beteiligten Projektmitarbeitenden zusammen und präsentierten die Projektergebnisse und die gemeinsame Verwertungsstrategie einem Gremium von hochrangigen  Expertinnen und Experten aus Industrie und Wissenschaft. Die Anwendungsbereiche für derartige Sensoren reichen von der Landwirtschaft über die fertigende Industrie bis hin zu ganzheitlichen Systemen für  ein effektives und nachhaltiges Internet der Dinge.  

Fraunhofer-Leitprojekt ZEPOWEL
Das Leitprojekt ZEPOWEL, kurz für Towards Zero Power Electronics, wurde von den Projektbeteiligten im Zeitraum von 2017 bis 2021 realisiert. Insgesamt waren neun Fraunhofer-Standorte beteiligt. Neben dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in koordinierender Funktion sind dies die Fraunhofer-  Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT, das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS und sein Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS, das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS sowie das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT.