Prototyp des "mitdenkenden Teppichs" feiert Premiere auf der Orgatec 2004

• Vorwerk Teppichwerke und Infineon revolutionieren den Teppichboden

(22.10.2004) Visionen stehen am Anfang prägender Errungenschaften. Auch wenn diese - wie der Traum vom Fliegen - später einmal "nur noch" Standard sind. Die Zukunft hat schon immer phantastische Möglichkeiten geboten, Visionen der Menschen Realität werden zu lassen. An der Realisierung der Zukunftsvision "Thinking Carpet" (des mitdenkenden Teppichbodens) arbeiten derzeit die Vorwerk Teppichwerke und die Infineon Technologies AG. Den Prototyp eines elektronisch vernetzten High-Tech-Teppichbodens, der bald schon "intelligente" Funktionen zur Steuerung von Alarm-, Klima-, Steuerungs- oder Wegeleittechnik übernehmen soll, stellten beide Unternehmen nach zweijähriger Forschungsarbeit erstmals auf der internationalen Fachmesse Orgatec vom 19. bis 23.10.2004 in Köln vor.

Teppichboden mit überlegener Technologie

Sensoren und andere mit Mikroelektronik ausgestattete Bauteile begegnen uns bereits heute auf Schritt und Tritt in Bürogebäuden: Als Auslöser berührungsloser WC-Armaturen, in Codekartenschlössern an der Tür oder als Tageslichtsensoren für die Raumbeleuchtung. Die jetzt von Vorwerk und Infineon vorangetriebene Technologie sieht vor, textile Bodenbeläge für das Büro von morgen mit künstlicher Intelligenz auszustatten, um damit herkömmliche und in ihrer Funktion zum Teil begrenzte Systeme ergänzen oder gar ersetzen zu können. "Die Besonderheit des 'Thinking Carpet' wird zum einen in der unsichtbaren, einfachen und raumsparenden Platzierung von Sensoren für verschiedenste Funktionen liegen, für die heute noch optisch sichtbare Geräte ihren Einsatz finden", erläutert Johannes Schulte, Vorsitzender der Geschäftsführung der Vorwerk Teppichwerke, den Vorteil der neuen Technologie. "Zudem können die in den Boden integrierten, miteinander vernetzten und von einem Rechner gesteuerten Mikrochips, mehrere, auch unterschiedlich sensorische Signale parallel erfassen und entsprechend auswerten. Ein solches System wäre bei geringerem Installationsaufwand deutlich leistungsfähiger als herkömmliche kombinierte Systeme", so Schulte weiter.

"Thinking Carpet" als Lebensretter

Für die Anwendung haben die Projektpartner zunächst drei Funktionsbereiche für den Einsatz in der Alarm-, Klima- und Leitsystemtechnik definiert. Hierfür werden derzeit entsprechende Module optimiert und minimiert, um später auf einer Chipgröße von nur etwa sieben Quadratmillimetern in den Teppichbodenrücken integriert werden zu können. Drucksensoren fungieren zum Beispiel als Alarmmelder, sobald Personen eine Sicherheitszone betreten. Intelligente Softwarelösungen können dabei Signale auch individuell analysieren. So wird eine Alarmmeldung zum Beispiel nur dann ausgelöst, wenn eine Bewegungsspur an einem Fenster oder einer Nottür beginnt, nicht aber an freigegebenen Eingängen. Sicherheitszonen können individuell bestimmt und auch zeitlich gesteuert werden. Sofern erfasste Signale zusätzlich an eine Sicherheitszentrale weitergeleitet werden, lässt sich in Sekunden punktgenau der Alarmbereich (Einbruch oder Brand) lokalisieren. Daneben lassen sich Drucksensoren im Teppichboden auch als Türöffner und Lichtschalter oder zur Personenzählung einsetzen.

In Verbindung mit bruchsicheren LED Modulen, wird der "Thinking Carpet" zum steuerbaren Leitsystem. Dabei markieren Leuchtdioden im Teppichboden beispielsweise den kürzesten Weg zu einem Notausgang. Die Kombination verschiedener sensorischer Funktionen (Druck, Temperatur und Bewegung) kann zudem auch ermöglichen, bewegungslose Personen am Boden zu erkennen und einen Hilferuf auszulösen. Der "Thinking Carpet" wird so zum Lebensretter für hilfsbedürftige Personen, zum Beispiel nach einem Sturz.

Das Geheimnis im Rücken

Verantwortlich für die Datenerfassung und -verarbeitung beim "Thinking Carpet" ist ein sich selbst organisierendes Netzwerk von robusten Mikrochips. Selbstorganisierend heißt dabei: Fällt ein Sensor aus, können sich die benachbarten Prozessoren anhand ihrer Positionsbestimmung einen neuen Verbindungsweg rund um die defekte Region suchen und die Funktionalität aufrechterhalten. Hierdurch ist es auch möglich, jederzeit den Teppich zu schneiden, Teilbereiche auszuwechseln oder neue hinzuzufügen. Die Sensoren sind dabei in ein textiles Gewebe, die so genannte Zweitrückenbeschichtung des Teppichbodens, eingearbeitet und werden durch feine Drähte miteinander verbunden. Eine spezielle Rückenkonstruktion wurde dazu von Vorwerk entwickelt.

Trotz Hightech ein "ganz normaler" Teppichboden

Die Halbleitertechnologie, die für die neuen Teppichböden erforderlich ist, wurde vom Labor für Anwendungstechnologie der Infineon-Forschungsabteilung entwickelt. Die Entwickler bei Vorwerk waren dafür verantwortlich, eine Rückenkonstruktion zu schaffen, welche die gesamte Technik unsichtbar und sicher in den Teppichboden integriert und gleichzeitig die Vorzüge eines textilen Bodenbelags bezüglich Objekteignung, Optik und Haptik zu 100 Prozent gewährleistet. Dieses ist bereits für den Prototyp gelungen. Bestehende Verfahren für die Zweitrückenbeschichtung wurden dazu für die spezielle Anwendung modifiziert. Erste Produktionsversuche mit baugleichen Bauteilen wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Die Versuche gaben zudem Aufschluss über das Verhalten der Mikrochips unter dem Einfluss von Hitze, Druck und Verwindung. Äußerlich ist der "Thinking Carpet" als "ganz normaler Teppich" konzipiert, dem man seine Hightech-Funktionalität auf den ersten Blick nicht ansehen wird. Realisierbar wird die Technik mit nahezu allen Teppichböden sein. Der Konstruktions-, Farb- und Design-Kreativität sind dabei keine Grenzen gesetzt.

Komfort mit 100% Sicherheit

Mit Energie lässt sich der Teppichboden über jeden gängigen Stromanschluss versorgen. Damit der Teppichboden ohne sichtbare Naht verlegt und über Bahnen hinweg verbunden werden kann, werden derzeit spezielle, besonders flache Steckkontakte entwickelt. Die Betriebsspannung liegt bei zwölf Volt. Je nach gewünschter Auflösung der detektierten Signale trägt ein "Thinking Carpet" einen bis 25 Sensoren pro Quadratmeter in seinem Rücken. Mit der Höchstdichte von 25 Prozessoren braucht der Teppichboden derzeit 2,5 Watt Leistung je Quadratmeter. Dieser Wert lässt sich jedoch noch deutlich reduzieren. Mit einem einzigen Rechneranschluss lassen sich so Räume mit bis zu 100 Quadratmetern versorgen. Sicherheit wird dabei groß geschrieben. Der spezielle Rückenaufbau sorgt dafür, dass auch bei Beschädigungen des Teppichbodens keinerlei Verletzungsgefahr besteht. Ein intelligentes Sicherheitssystem sorgt zusätzlich dafür, dass auch bei Kontakt mit Feuchtigkeit ein Kurzschluss nicht das gesamte intelligente Netz unbrauchbar macht. Feuchte Bereiche werden vielmehr automatisch ausgeschaltet, und nach dem Trocknen wieder in Betrieb genommen.

Dialog für neue Lösungen

Für Johannes Schulte ist das Spiel der Möglichkeiten für das Projekt nahezu grenzenlos. "Mit dem 'Thinking Carpet' ist es jetzt gelungen, die Basis für eine mit Spannung erwartete, technologische Revolutionierung textiler Bodenbeläge, für zukunftsweisende Hightech Objektgestaltung zu legen", sagt Schulte. Für Vorwerk geht es bei dem Projekt zum ersten Mal darum, die Anwendungsbereiche von Teppichboden weit über den Grundnutzen und die gestalterischen Vorzüge eines textilen Bodenbelages hinaus zu erweitern. Dazu Johannes Schulte weiter: "Hinter dem Konzept des neuen Hightech-Teppichbodens steht eine in fast alle Richtungen ?offene Technologie'. Aus diesem Grund ist jetzt der Dialog mit interessierten Gruppen aus der Praxis besonders wichtig, um - gemeinsam mit den Gewerken - das Projekt über die bereits definierten Anwendungsbereiche hinaus in Richtung weiterer bedarfsorientierter und kostengünstiger Lösungen für die Praxis zu entwickeln".

Das Forschungsprojekt "Thinking Carpet" ist Teil einer bei Infineon gestarteten Reihe so genannter "Technology Lifestyle Solutions" - Anwendungen für den Alltag, in die elektronische Funktionen eingebunden werden. Hierzu gehört der intelligente Teppichboden ebenso wie Kleidung mit integrierten elektronischen Funktionen.

"Bis der 'mitdenkende' Teppichboden Marktreife erlangt, werden noch ca. zwei Jahre Weiterentwicklung notwendig sein", schätzt Dr. Werner Weber, Leiter des Technologielabors bei Infineon. "Aufbauend auf den mit der Orgatec gewonnenen Erkenntnissen, werden wir im kommenden Jahr die Anwendungsbereiche weiter ausdifferenzieren, und könnten bis 2007 deutlich verkleinerte, integrierte Siliziumchips mit allen erforderlichen Funktionen zur Serienreife bringen", so Weber weiter.

Der erste Kunde wird übrigens die Infineon AG selbst sein. Geplant ist, die ersten Quadratmeter des Teppichbodens später in einem Versuchsraum der neuen Infineon-Firmenzentrale in der Nähe von München zu verlegen.