Teppichboden mit integrierten RFIDs zur Navigation von Service-Robotern

(19.6.2005) Textile Produkte sind heute Bestandteil unseres täglichen Lebens. Wir können sie tragen, auf Ihnen sitzen oder über sie hinweg laufen. Sie dienen der Funktionalität, der Ästhetik und sorgen für Atmosphäre und Stil. Aber es sind auch gänzlich neue Anwendungsbereiche denkbar, indem Textilien des alltäglichen Gebrauchs mit integrierter Mikroelektronik verknüpfet werden - z.B. als Navigationssystem für Roboter.

Vorwerk und Infineon haben so einen textilen Bodenbelag als elektronisches Leitsystem auf der Basis von RFID (Radio Frequency IDentification) Technologie entwickelt. Dieser "Smart Carpet" ermöglicht es Robotern mit RFID Leseeinheit, automatisch und intelligent über den Boden zu navigieren. Solche Roboter können zum Beispiel als automatisch gesteuerte Transporteinheit oder als selbst fahrende Reinigungsautomaten eingesetzt werden. Die Vorteile liegen auf der Hand:

• Gezielte Navigation auf nahezu 100 Prozent der Fläche
• Versperrte Flächen werden intelligent umfahren und können später erneut angesteuert werden
• Flexibles, zeitgesteuertes Anfahren verschiedener, genau definierter Bereiche
• Hohe Einsparung von Zeit und Energie - gegenüber zufallsgesteuerten Systemen - durch kontrollierte Navigation

Smart Carpet: Ein "scheinbar" ganz normaler Teppichboden

Äußerlich unterscheidet sich der "Smart Carpet" nicht von einem normalen Teppichboden. Das Geheimnis liegt in seinem Rücken. Unsichtbar platzierte RFID-Label werden in die Grundkonstruktion des Teppichbodens integriert. Dort werden sie elektromagnetisch beschrieben und ausgelesen und dienen so der Informationsübertragung und Steuerung. Das einzelne RFID-Label besteht aus einer hauchdünnen PET Folie, die mit Leiterbahnen aus Metall, einer Antennenspule und einem winzigen Silizium-Mikrochip versehen ist. Diese flachen Einheiten werden in den Teppichboden integriert und bilden so ein Netz über die gesamte Fläche. Den Gehkomfort beeinträchtigen die RFID-Label dabei nicht. Zudem lassen sich die einzelnen, bruchgeschützten RFID-Label auch durch Feuchtigkeit oder Nässe nicht in ihrer Funktion beeinträchtigen.

Jedes der RFID-Label verfügt über eine eigene ID-Nummer, die mittels drahtloser Datenübertragung (13,56 MHz) über eine Distanz von 10 Zentimetern von einem RFID-Lesegerät erkannt und identifiziert werden kann. Die für diesen Vorgang benötigte Energie wird ausschließlich vom Roboter geliefert. Die RFID-Label selbst sind völlig passiv, so dass im Teppich selbst keinerlei elektrische Spannung anliegt.

Durch das Auslesen der einzelnen RFID-Label im Teppichboden werden die einzelnen "Signalgeber" vom Roboter zu einer virtuellen Landkarte verknüpft. Auf dem so gebildeten "Wegenetz" bewegt sich der Roboter dann zielgenau auf einen Punkt oder Raum zu. Ein Lesespeicher wertet aus, welche Stationen bereits angefahren, bzw. welche Bereiche der Fläche schon bearbeitet wurden. Zusätzlich kann der Roboter zum Beispiel auch Datums- und Zeitinformationen auf dem RFID-Label speichern. So ist beispielsweise eine einfache Servicekontrolle möglich.

Smart Carpet kennt keine Hindernisse

Das Smart Carpet System ermöglicht so auch bei Hindernissen eine kontrollierte Navigation. Feste Hindernisse sind auf der "Landkarte" vermerkt und werden umfahren. Temporäre Hindernisse werden erkannt und lösen eine spontane Navigationsänderung aus. Besteht das Hindernis später nicht mehr, wird auch dieser Bodenbereich wieder angesteuert. So kann zum Beispiel bei Reinigungsrobotern auf diese Weise eine nahezu 100prozentige Abdeckung der Fläche erreicht werden. Zudem werden Zeit und Energie gespart. Ein deutlicher Vorsprung zu bestehenden Roboter-Systemen, die sich bislang mehr oder weniger nach dem Zufallsprinzip durch einen Raum bewegen.

Das Smart Carpet System verspricht aber noch mehr: Mit ihm ist es zum Beispiel möglich, dass ein Roboter verschiedene Bereiche zeitgesteuert anfährt, zum Beispiel dann, wenn sich dort erfahrungsgemäß keine Personen aufhalten. Auch ist es möglich, auf einem RFID-Label Informationen über beispielsweise die Räumlichkeit (zum Beispiel Flur- oder Zimmernummern) oder die Beschaffenheit des Untergrundes zu hinterlegen.

Die praktische Smart Carpet Navigation mit drahtloser Datenübertragung zwischen Roboter und RFID Label verspricht auch wirtschaftlich erhebliche Vorteile. So sind Roboter mit RFID-Technologie wesentlich preiswerter zu konstruieren, als herkömmliche Laserradar oder 3D-Kamera gestützte Geräte.

"Smart Textiles", wie Textilien mit integrierter Elektronik genannt werden, sind heute noch Innovationen mit Überraschungfseffekt, werden sicherlich bald aber schon Einzug in unseren Alltag halten. Einen ersten Schritt dazu ist Vorwerk mit der Entwicklung des "Smart Carpet" jetzt bereits gegangen. Auf der Techtextil 2005 präsentierte Vorwerk die in Kooperation mit Infineon entstandene Innovation, zusammen mit einem RFID-fähigen Roboter, erfolgreich in einem Livetest. Marktfähig wird die Technologie voraussichtlich Ende 2006 sein und Ihren Einsatz vorrangig im Objektbereich finden.