Luftqualitätssensor integriert KI-Funktionen

Die Covid-19-Pandemie hat die Bedeutung der Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen unterstrichen. Ob zu Hause, im Büro oder in öffentlichen Verkehrsmitteln – saubere und sichere Atemluft ist wichtiger denn je. Bosch Sensortec hat einen Umgebungs-MEMS-Sensor und eine KI-basierte Software entwickelt, um das Risiko einer Virusinfektion zu reduzieren.

MEMS-Sensoren haben Einzug in unseren Alltag gehalten. Um den Kunden weiterhin einen Mehrwert zu bieten, ist Bosch Sensortec davon überzeugt, dass ein stärkerer Fokus auf das Hardware-Software-Co-Design durch den Einsatz fortschrittlicher Algorithmen und eingebetteter KI erforderlich ist.

Für Bosch Sensortec wird die Sensorsoftware immer intelligenter und verwandelt MEMS-Sensoren in genauere, sicherere und personalisierte Systeme, die dem Benutzer helfen, sich an jede Situation anzupassen. Software wertet nicht nur den Sensor, sondern das gesamte System auf, sagte Ralf Schellin, Vice President und Leiter des Produktbereichs MEMS bei Bosch Sensortec, beim jüngsten MWS 2021 MEMS Titans Webinar.

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Bei jedem ausgeatmeten Atemzug werden kleine Tröpfchen in die Luft abgegeben. Wenn jemand infiziert ist, können Atemtröpfchen und die Übertragung über die Luft das Virus auf andere übertragen. Je niedriger die Luftfeuchtigkeit oder Temperatur der Umgebung ist, desto länger können die Aerosole in der Luft bleiben, sagte Schellin.

Der BME688 von Bosch Sensortec ist ein MEMS-Sensor für die Luftqualität, der vier Erfassungsfunktionen – Gas, Feuchtigkeit, Temperatur und Luftdruck – mit KI-Fähigkeit kombiniert.

Der Gassensor kann flüchtige organische Verbindungen (VOCs), flüchtige Schwefelverbindungen (VSC) und andere Gase wie Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Bereich von Teilen pro Milliarde (pbb) erkennen.

Obwohl der Sensor BME688 das Covid-19-Virus nicht erkennt, „kann er durch die Messung von VOCs, Luftfeuchtigkeit und Temperatur helfen, das Infektionsrisiko deutlich zu reduzieren“, sagte Schellin. Durch eine konzentrationsgesteuerte Beatmung können sowohl das Infektionsrisiko als auch die Belastung deutlich reduziert werden. „Am Ende gibt es eine Art Signal, das Fenster zu öffnen oder den Luftreiniger einzuschalten, oder man kann eine Automatik in der Umgebung einrichten.“

KI-basierte Software

Der BME688, oder was Bosch Sensortec „eine digitale Nase“ nennt, kann Gase erkennen, indem er ihren einzigartigen elektronischen Fingerabdruck misst und verschiedene Gaszusammensetzungen unterscheiden. Diese unterschiedlichen Gase müssen dem Sensor zunächst beigebracht werden, das heißt, er muss mit Methoden des maschinellen Lernens trainiert werden. Hier kommt die BME AI-Studio-Software von Bosch Sensortec ins Spiel. Sie ermöglicht es Kunden, ihre spezifischen Anwendungsfälle zu erkunden und zu überprüfen. Sie können Gasmessungen sammeln, maschinelle Lernalgorithmen trainieren und einen endgültigen Algorithmus exportieren, um ihn mit der BME-Bibliothek in ihrem Projekt zu verwenden.

„Sie können Ihre eigenen Anwendungsfälle untersuchen und das System für genau diesen Anwendungsfall trainieren“, sagt Schellin.

Durch den temperaturgetakteten Betrieb des Gas-MEMS des BME688 können verschiedene Gasgemische erkannt und klassifiziert werden. (Bildquelle:Bosch Sensortec)

In Standardkonfigurationen wird das Vorhandensein von VSCs nach Angaben des Unternehmens als Indikator für z.B. Bakterienwachstum. Der Gasscanner kann hinsichtlich Empfindlichkeit, Selektivität, Datenrate und Leistungsaufnahme individuell angepasst werden. Der BME688 verfügt über eine Gasscannerfunktion, und das BME AI-Studio-Tool ermöglicht es Kunden, den BME688-Gasscanner für ihre spezifische Anwendung zu trainieren, z. B. in Haushaltsgeräten, IoT-Produkten oder Smart Homes, so das Unternehmen.

Die Software selbst laufe auf dem Anwendungsprozessor, der nicht integriert sei, sagte Schellin. „Wir haben das MEMS, wir haben den ASIC mit einer bestimmten Funktionalität. Aber die gesamte Emulation läuft auf dem Anwendungsprozessor. Es ist nur eine Frage der Zeit, wann es auf dem Gerät selbst laufen kann. Wir haben es bereits mit dem BHI-Bewegungssensor gezeigt, wo er auf dem integrierten Gerät läuft. Es ist also nicht so, dass wir es nicht können. Es läuft derzeit nicht darauf.“

Bosch Sensotec bietet ein Adafruit-kompatibles Entwicklungskit an.

3,0 x 3,0

Der BME688-Sensor ist in einem kompakten Gehäuse untergebracht und misst nur 3,0 x 3,0 x 0,9 mm. Am Beispiel des Magnetometers BMM150 des Unternehmens mit den Abmessungen 1,56 x 1,56 x 0,6 mm sagte Schellin, er sei zuversichtlich, dass die Größe weiter reduziert werden könnte. Sobald die physische Grenze jedoch erreicht ist, „fügt man immer mehr Intelligenz und mehr Funktionalität hinzu, aber wir sind definitiv noch nicht da.“

Vom Sensordesign und der Verpackung bis hin zu den eingebetteten KI-Algorithmen, sagt Bosch Sensortec, dass alles intern gemacht wird, um die Synergien der Kointegration zu maximieren. Wenn zum Beispiel „Sie einen extrem niedrigen Stromverbrauch anstreben müssen, aber die Hardware nicht kennen, werden Sie die erreichbare Leistungsstufe nicht ablesen“, erläutert Shellin. „Das heißt nicht, dass wir nicht mit Partnern zusammenarbeiten, aber in diesem Fall versuchen wir, alles selbst zu entwickeln.“

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE published veröffentlicht Mal Europa.

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