IEEE-Websites platzieren Cookies auf Ihrem Gerät, um Ihnen die beste Benutzererfahrung zu bieten.Durch die Nutzung unserer Websites stimmen Sie der Platzierung dieser Cookies zu.Um mehr zu erfahren, lesen Sie unsere Datenschutzrichtlinie.Foto: Adam Voorhes;Prop-Stylist: Robin FinlayIm August 1961 betraten die berühmten Mathematiker Edward O. Thorp und Claude Shannon vom MIT ein Casino in Las Vegas.Sie wollten ihr Glück beim Roulette versuchen, einem Spiel, bei dem die Spieler darauf wetten, wo eine wirbelnde Kugel landet, nachdem sie von einer äußeren stationären Bahn auf ein inneres Spinnrad gefallen ist.Aber sie waren keine typischen Spieler.Sie arbeiteten als Team.Shannon beobachtete das Rad und stoppte heimlich die Geschwindigkeit des Rotors und der Kugel, indem er mit seinem großen Zeh Mikroschalter in seinem Schuh umlegte.Die Signale liefen durch Drähte, die sein Hosenbein hinaufliefen, zu einem kleinen Computer, der um seine Hüfte geschnallt war.Die Maschine berechnete die endgültige Ruheposition des Balls und übermittelte diese Vorhersage dann drahtlos an einen Empfänger unter Thorps Hemd.Durch einen winzigen Lautsprecher in seinem Ohr hörte Thorp einen von acht unterschiedlichen Tönen, die ihm rieten, wie man wetten sollte.Zu seiner und Shannons Freude, berichtete er Jahre später, erhöhte diese neu entdeckte Fähigkeit die Gewinnchancen des Duos um 44 Prozent, und sie „verwandelten oft ein paar Groschen in einen Haufen“.Elektrische Schaltkreise schleichen sich immer näher an uns heran – von unseren Schreibtischen über unseren Schoß, unsere Taschen und jetzt auch unsere Gesichter und Handgelenke.Und viele Ingenieure prognostizieren, dass sich der Trend fortsetzen wird: In den kommenden Jahrzehnten werden Computer nahtlos in unsere Kleidung eingewebt, zu unserem Schmuck verarbeitet und auf unsere Haut gemalt.Irgendwann sind wir vielleicht nicht mehr in der Lage, ihre Fähigkeiten von unseren eigenen zu unterscheiden.Die elektronische Kommunikation wurde lange Zeit nicht durch Rechenleistung, sondern durch die Fähigkeit von Maschinen, uns zu verstehen, begrenzt.Der Mensch und der Computer besitzen „enorm mächtige Fähigkeiten zur Informationsverarbeitung“, schrieb Edward Tufte, ein Pionier der Datenvisualisierung, der jetzt an der Yale University ist, 1989. schmalbandige Benutzerschnittstelle eines Bildschirmterminals.“Mit anderen Worten, Ihr Telefon kann möglicherweise in Sekundenbruchteilen eine Nachricht senden, aber Sie können nur so schnell tippen.Auf den ersten Blick scheint sich das Problem mit Wearables zu verschärfen.„Wir können einen wirklich leistungsstarken Computer in eine Smartwatch oder in Google Glass einbauen oder was auch immer der nächste Formfaktor sein wird“, sagt Chris Harrison, Assistenzprofessor für Mensch-Computer-Interaktion an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh.„Die Frage ist also: Wie bekommt man Input für etwas so Kleines?“In der kommenden Ära des Wearable Computing werden wir, wie Harrison voraussieht, digitale Bits genauso manipulieren wie reale Objekte – mit unseren Händen.„Touch ist eine wirklich mächtige, wunderbar intuitive Sache“, sagt er und fügt hinzu, dass die Touchscreens der heutigen Smartphones, Tablets und Uhren zwar ein Schritt in die richtige Richtung seien, „aber ziemlich lahm“.Die Gesten, die sie erkennen, sind enttäuschend gering, einschließlich Tippen mit einem und mehreren Fingern, Wischen und Kneifen.„Wir tun Dinge in der realen Welt nicht basierend auf der Anzahl der Finger, mit denen wir Dinge anfassen“, witzelt er.„Es gibt all diese anderen, wirklich reichen Dimensionen der Berührung, die Touchscreens ignorieren“ – wie Druck, Kontaktfläche, die Form Ihrer Hand und ob Sie ein Pad, einen Fingerknöchel oder einen Nagel verwenden.Um vielfältigere Arten virtueller Berührungen zu erforschen, betreibt Harrison das, was er „Zeitmaschinenforschung“ nennt.In einem hellen, luftigen Labor, das er mit veralteten PCs und handgeschweißten Skulpturen aus ausrangierten Kameras und Handys geschmückt hat, bauen er und seine Studenten Prototypen möglicher zukünftiger Schnittstellen, indem sie bestehende Technologien hacken oder zusammenschustern.Von einem Tisch, der mit To-Go-Bechern, Kabeln, Laptops, Uhrenteilen und Schaufensterpuppenhänden vollgestopft ist, holt er ein iPad hervor.„Denken Sie über die natürliche Art und Weise nach, wie Sie Ihre Hände benutzen“, beginnt er, als er eine hausgemachte App namens Touch Tools startet.„Grasps zum Beispiel sind wirklich ikonisch.Wie ich einen Stift halte, unterscheidet sich sehr von der Art, wie ich einen Trockenlöscher halte.“Er drückt Mittel- und Zeigefinger und Daumen zusammen, als würde er einen unsichtbaren Stift umklammern, und berührt den Bildschirm mit seinen Fingerspitzen.Die Geste bringt ein Bild eines Kugelschreibers hervor, mit dem er ein Gekritzel zeichnet.Dann weitet er seinen Griff etwa 2,5 cm und beschwört einen rosa Radiergummi herauf.Er löscht sein Gekritzel.„Ich brauche also keine Werkzeugleisten – ich ändere einfach die Form meiner Hand“, sagt er.Er beschwört ein Maßband herauf und verlängert mit der anderen Hand das Maßband.Dann kommt eine Lupe, eine Maus, eine Kamera.Sie denken vielleicht, dass Berührungsgesten nicht sehr nützlich sein werden, wenn die Leute aufhören, Bildschirme mit sich herumzutragen und schlanke, kleine Wearables zur Norm werden.Nicht so.„Wenn wir unsere Finger geschickt einsetzen, können wir Interaktionen sogar mit etwas so Kleinem wie einer intelligenten Uhr wirklich sehr wirkungsvoll machen“, sagt Harrison.Mit Gierad Laput, einem Ph.D.Student hat er eine intelligente Uhr gebaut, die Benutzer mechanisch manipulieren können.Vier reiskorngroße Sensoren, die wie Miniatur-Joysticks klicken und schwenken, erkennen, wenn Sie das Zifferblatt verschieben, neigen, drehen oder herunterdrücken, und bieten „all diese verschiedenen Freiheitsgrade, mit denen Sie auf ausdrucksstärkere Weise mit der Uhr interagieren können als einfach über einen Touchscreen“, sagt Laput.Um ausgedehntere Interaktionen zu ermöglichen, schlägt er vor, könnten künftige Ingenieure Lichtprojektoren in Uhren oder andere Wearables wie Anstecknadeln einbauen, die es den Menschen ermöglichen würden, den Raum um diese Geräte herum zu nutzen.„Könnten Sie Ihre Haut in einen Touchscreen verwandeln?“Harrison wirft ein.„Könntest du diese Wand drehen?“Wie aufs Stichwort, Ph.D.Student Robert Xiao präsentiert einen lehrbuchgroßen Kasten auf einem Stativ.Die Vorrichtung mit dem Namen WorldKit enthält einen digitalen Projektor und eine Microsoft Kinect-Tiefenkamera, die mit einem Laptop verbunden sind.In Zusammenarbeit mit Harrison und dem Informatikprofessor Scott Hudson programmierte Xiao das System so, dass „Informationen auf jeder Oberfläche der Umgebung explodieren“, erklärt er.Er fährt mit seiner Handfläche über die Wand und löst ein weiches gelbes Leuchten aus, das seine Hand nachzieht.„Wenn ich meine Hand hebe, ist es tatsächlich eine Multitouch-Oberfläche.“„Wir malen Schnittstellen auf die Welt“, sagt Harrison.„Ich könnte sagen: ‚Ich möchte hier einen Thermostat und dort einen Kalender' oder ‚Ich möchte, dass diese ganze Wand blau ist.'”„Du willst einen Lichtschalter?“fragt Xiao und einer erscheint neben Harrisons Bürotür."Wir hatten tatsächlich diese Steuerung der Lichter."Xiao stellt sich eine Zukunft vor, in der Discjockeys Tracks auf ihren Unterarmen aneinanderreihen und Architekten Pläne an den Wänden der Häuser ihrer Kunden überarbeiten.„In 20 Jahren werden die Leute vielleicht zu Home Depot gehen und statt Glühbirnen Informationsbirnen kaufen.“Tatsächlich können zukünftige Verbraucher aus vielen verschiedenen Arten von Schnittstellen wählen und sie mischen und anpassen, um ihrem Stil und ihrer Fantasie gerecht zu werden.Andere Forscher untersuchen jetzt intelligente Brillen, die Augenbewegungen verfolgen, Armbänder, die Handgesten erfassen, Zungenimplantate, die Flüstern erkennen, sogar Nackentattoos, die Subvokalisationen aufnehmen – die subtilen Vibrationen, die Ihre Halsmuskeln erzeugen, wenn Sie sich vorstellen, wie ein Wort klingt.Am Georgia Institute of Technology in Atlanta entwirft Clint Zeagler Schnittstellen für intelligente Kleidung, wie zum Beispiel gestickte Muster, die mit leitfähigen Fäden genäht sind, durch die Benutzer eher durch Berührung als durch Sehen navigieren können.„Warum kann mein Reißverschluss keine Schriftrolle sein?“er fragt.„Warum kann mein Knopf für meine Hose kein Knopf sein?Warum kann es meine Hose nicht anmachen?“Die Gadgets, die wir tragen werden, werden nicht nur handlicher sein als die, die wir jetzt tragen müssen.Wearables werden wirklich revolutionär sein, sagen einige Experten, weil sie Dinge über uns erfahren werden, die wir ihnen nie erzählen oder von denen wir vielleicht nicht denken, dass wir sie selbst herausfinden würden.Die Saat einer solchen Zukunft ist bereits da.Der digitale persönliche Assistent von Google, Now, hat die Intelligenz, die Standorte Ihres Hauses und Ihres Arbeitsplatzes herauszufinden, indem er einfach Ihre Bewegungen während des Tages verfolgt.Da es diese Informationen kennt, kann es beispielsweise 5 Minuten vor Beginn Ihrer Fahrt von sich aus Verkehrsinformationen auf Ihrem Telefon anzeigen.Im Februar kündigte Yahoo eine fünfjährige 10-Millionen-US-Dollar-Partnerschaft mit Carnegie Mellon an, um den „nächsten persönlichen Assistenten der nächsten Generation“ zu entwickeln, sagt Justine Cassell, Informatikprofessorin und Co-Direktorin des Projekts.Der Software-Kumpel, an den sie denkt, „wird ständig etwas über Sie lernen und persönlicher werden.“Es wird – ohne Ihr Zutun – wissen, welche Küchen Sie mögen, wer Ihre Freunde sind und dass Ihnen das neue Geschäft auf der anderen Straßenseite gefallen könnte.Ihr Telefon sammelt bereits eine Menge Informationen über Sie – durch Ihre GPS-Spur, den Browserverlauf, Texte, Kalender, E-Mails und soziale Online-Netzwerke.Aber Wearables werden noch viel mehr sammeln können.Sensoren existieren oder sind in Arbeit, die Ihren Atem, Schweiß, Blick, Gesichtsausdruck, Herzfrequenz, Muskelbewegungen und Schlafmuster sowie die Umgebungstemperatur und Luftqualität beobachten können.Und jetzt beginnen Wissenschaftler mit der Entwicklung tragbarer Technologien, die das Gehirn belauschen können.Diese als Gehirn-Computer-Schnittstellen oder BCIs bekannten Systeme sind hauptsächlich in Forschungslabors zu finden.Sie neigen dazu, sperrig und unbequem zu sein, und die Informationen, die sie aus dem Gehirn extrahieren können, sind immer noch grob.Der gebräuchlichste Ansatz heißt Elektroenzephalographie oder EEG.Ein typischer Aufbau besteht aus einem Kopfband oder einer Kappe, die mit einigen bis einigen hundert Elektroden ausgekleidet ist, die Spannungsschwankungen messen, die von elektrisch aktiven Gehirnzellen oder Neuronen erzeugt werden.Bis diese Signale die Kopfhaut erreichen, sind sie jedoch schwach, durcheinander und unvollständig, was es schwierig macht, subtile Ereignisse wie Gedanken oder Emotionen aus dem Rauschen anderer Gehirnprozesse, Gesichtsbewegungen und in der Nähe befindlicher Elektronik herauszuhören .Aber die Ingenieure beginnen, diese Herausforderungen zu meistern.Mithilfe von Techniken des maschinellen Lernens haben sie Computer darauf trainiert, bestimmte allgemeine Geisteszustände aus EEG-Aufzeichnungen zu erkennen, darunter Aufmerksamkeit, Erregung, Müdigkeit, Stress und kognitive Belastung.Frühe BCI-Prototypen können auch erkennen, wenn eine Person sich zum Handeln entschließt, etwas identifiziert, wonach sie sucht, oder sich voll und ganz auf eine Aufgabe konzentriert – ein mentaler Zustand, der als Flow oder „in the zone“ bekannt ist.Ihre Erfinder sind zuversichtlich, dass diese Technologien alltäglich sein werden.„Angenommen, Sie gehen die Straße entlang“, stellt sich Paul Sajda vor, BCI-Experte an der Columbia University in New York City."Sie haben Ihr Google Glass eingeschaltet, mit EEG-Sensoren, die in die Rahmen eingebettet sind."Sie bemerken Dinge – einen hübschen Vogel, ein auffälliges Auto – und Ihr zukünftiger Glass bemerkt, dass Sie es bemerken.Wenn es auch Ihren Blick verfolgt, kann es erkennen, was Sie sehen.Vielleicht sagt Ihnen Ihr Glas etwas Nützliches – die Art dieses Vogels, die Marke dieses Autos.Vielleicht macht es ein Bild.„Eine sehr einfache App könnte ein Sammelalbum sein, das ich heute interessant fand“, schlägt Sajda vor.Für viele Forscher, die im Bereich Wearable Computing arbeiten, besteht das ultimative Ziel darin, Maschinen zu entwickeln, die Daten aus dem Gehirn und dem Körper verwenden, um die Welt mit menschlichen Begriffen zu verstehen.Zum Beispiel entwickeln Kaleb McDowell und Brent Lance vom US Army Research Laboratory in Aberdeen, MD, und ihre Kollegen ein BCI, das Bilder basierend darauf kategorisiert, wie das Gehirn einer Person darauf reagiert.Gedankenlesemaschine: Ein Freiwilliger testet eine Gehirn-Computer-Schnittstelle, die im Forschungslabor der US-Armee entwickelt wird.Das System kann erkennen, wenn ein Benutzer eine potenzielle Bedrohung entdeckt, beispielsweise eine Person mit einer Waffe, indem es einfach die Gehirnaktivität beobachtet.Foto: Ron Carty/US Army Research LaboratoryIn der aktuellen Iteration des Systems trägt ein Freiwilliger eine Kappe mit 64 Elektroden, während er eine Reihe von Szenen betrachtet – Gebäude, Straßen, Felder.Ihr wird gesagt, sie solle nach Bedrohungen Ausschau halten, etwa nach Menschen mit Waffen.Mit fünf Bildern pro Sekunde blitzen die Bilder zu schnell vorbei, als dass sie auf jedes einzelne körperlich reagieren, nicht einmal einen Knopf drücken könnte.Währenddessen überwacht das BCI elektrische Impulse aus ihrem Gehirn, und wenn es Signale sieht, die darauf hindeuten, dass sie einen Schützen entdeckt hat, markiert es diese Bilder mit „Bedrohung“.Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Computer diese Ziele in mindestens 85 Prozent der Fälle richtig identifiziert.In nur wenigen Jahren, spekulieren McDowell und Lance, könnten BCIs kommerziell genutzt werden, um Computer-Vision-Systeme zu trainieren oder Militäranalysten dabei zu helfen, Luftaufnahmen von Satelliten und Drohnen zu sichten.In ein paar Jahrzehnten?Okay, wir werden groß träumen, sagen sie: Gehirnsensor- und Gehirnmodellierungstechnologien werden sich weit genug entwickeln, um Emotionen, Wünsche und Verständnis zu beobachten.Andere Forscher stellen sich vor, dass BCIs eines Tages Wahrnehmungen, Träume und vielleicht sogar innere Sprache aufzeichnen könnten – die Stimme, die Sie in Ihrem Kopf hören, wenn Sie mit sich selbst sprechen.In Zukunft werden Menschen ständig BCIs tragen und gleichzeitig Kameras, Mikrofone und andere Sensoren tragen, die gleichzeitig alles aufzeichnen, was sie sehen, hören und fühlen.Das Netzwerk von Computern am Körper einer Person wird diese Daten dann verwenden, um digitale Darstellungen ihrer Wahrnehmung der Welt zu erstellen.Zum Beispiel könnten Ihre Wearables jede Geste verfolgen, die Sie beruhigt, jedes Geräusch, das Sie überrascht, jede Bemerkung, die Sie leise fluchen lässt.Mit der Zeit werden diese Maschinen lernen, Ihre Handlungen und Emotionen zu antizipieren und Ihre Umgebung automatisch an Ihre Bedürfnisse anzupassen – sie schalten Ihre Alarme stumm, wenn Sie in einem wichtigen Meeting sind, und dimmen das Licht, wenn Sie einschlafen.Sie können sogar subtile Hinweise erkennen, die Sie nicht bemerken oder nicht spüren können, wie z. B. frühe Anzeichen einer Depression oder das Einsetzen einer Migräne.Und wenn unsere Computer uns besser kennen als wir uns selbst, helfen sie uns, besser miteinander zu kommunizieren.Sie überwachen unsere Gespräche und informieren uns, wenn andere gelangweilt, inspiriert, verletzt, dankbar oder einfach nicht auf derselben Seite sind.Sie werden uns ermutigen, uns zu äußern, wenn wir schüchtern sind, uns davon abhalten, E-Mails zu senden, wenn wir wütend sind, und uns daran erinnern, was uns glücklicher macht, wenn wir traurig sind.Thad Starner, Professor an der Georgia Tech und technischer Leiter für Google Glass, trägt seit 21 Jahren eine Version eines computergesteuerten Head-up-Displays.Er verwendet eine einhändige Tastatur, um Notizen zu machen und im Internet zu surfen.Er ist sich sicher, dass er eines Tages nicht mehr nach relevanten Informationen suchen muss, weil seine Glass seine Gespräche mithört und die Daten intuitiv für ihn abruft.Es wird so schnell und unauffällig vor seinen Augen erscheinen, als würde er sich an eine Erinnerung erinnern.„Ihr Computer wird als Erweiterung Ihres eigenen Geistes fungieren“, prophezeit er.Früher oder später werden unsere elektronischen Spielereien keine Besitztümer mehr sein, die wir mitnehmen oder zurücklassen.Sie werden wir sein.Es ist bereits eine allzu bekannte Angst.Sie kaufen ein intelligentes Gizmo oder laden eine Internet-App herunter, in der Hoffnung, dass es Sie unterhalten oder Sie gesünder oder Ihr Leben einfacher machen wird.Aber dann fragen Sie sich: Hacken Kriminelle meine Konten?Profitieren Unternehmen von der Kenntnis meiner Gewohnheiten?Sammelt die Regierung meine SMS und E-Mails?Und wenn Sie sich über das Schicksal der vom Smartphone in Ihrer Tasche gesammelten Daten ärgern, werden Sie schaudern, wenn Sie daran denken, was aus Hardware in Ihrer Kleidung oder auf Ihrer Haut austreten könnte.Wearables werden wahrscheinlich nicht nur aufzeichnen, was Sie tun und mit wem Sie sprechen, sondern auch den Zustand Ihres Geistes und Körpers, einschließlich Ihrer Herzfrequenz, Ihres Blutdrucks und Ihrer Gehirnaktivität – Informationen, die Sie wahrscheinlich nicht zu weit teilen möchten.Was wäre, wenn Ihr Chef messen könnte, wie konzentriert Sie bei der Arbeit sind?Was wäre, wenn Ihr Ehepartner wissen könnte, wen Sie sonst noch attraktiv finden?Ohne zuverlässige Sicherheit, klare Datenschutzgesetze und einfache Benutzerkontrollen haben die Wearables-Generationen möglicherweise nur noch wenige Geheimnisse zu bewahren.Menschen könnten Daten unwissentlich preisgeben, angelockt durch billige Angebote und unwissend über das Kleingedruckte der Datenschutzrichtlinien, sagt Jason Hong, Datenschutz- und Sicherheitsexperte bei Carnegie Mellon.Smartphone-Nutzer seien oft überrascht, dass viele kostenlose Apps sie genau im Auge behalten.Er fingert ein paar berüchtigte Schnüffler: das Spiel Angry Birds, Bible App und Brightest Flashlight Free.„Die Leute erwarten nicht, dass diese Apps Standortdaten sammeln“, sagt er, aber das tun sie.„Sie schicken es an Werbetreibende.“Aufzeichnungen von Wearables wie Gehirnsensoren könnten auch bei strafrechtlichen Ermittlungen verwendet werden, sagt Nita Farahany, die die rechtlichen Auswirkungen neuer Technologien an der Duke University in Durham, NC, untersucht. Nach US-Recht, erklärt sie, „kann man nicht dazu gezwungen werden gegen dich selbst aussagen, aber das heißt nicht, dass dein Körper nicht gegen dich verwendet werden kann.“Wenn Staatsanwälte Fingerabdrücke und DNA verwenden können, um zu einer Verurteilung zu gelangen, was hindert sie dann daran, Scans der Gedanken oder emotionalen Reaktionen eines Verdächtigen zu verwenden?Die ärgerlichsten Spione können jedoch die Träger selbst sein.Wearables könnten es Ihnen ermöglichen, sich selbst so genau zu beobachten, dass Sie aufhören, nur Sie selbst zu sein.„Angenommen, ich gehe zum Abendessen aus und habe eine tolle Zeit“, stellt sich Stephen Fairclough vor, ein Psychophysiologe an der Liverpool John Moores University in England.„Dann komme ich nach Hause und meine Smartwatch sagt mir, dass ich gestresst war.Ich denke: "War ich?"Ich fange an, mich selbst zu hinterfragen, und es verändert die Art und Weise, wie ich die Erfahrung wahrnehme.“Wenn sich Menschen zu schnell auf computergestützte Daten verlassen, um ihr Verhalten zu analysieren und die Welt zu verstehen, befürchtet er, „können wir aufhören, unseren eigenen Instinkten und unseren eigenen Gefühlen zu vertrauen.“Viele Ingenieure glauben, dass die technischen Herausforderungen beim Bau winziger tragbarer Maschinen leicht zu bewältigen sind.„In den letzten 50 Jahren ging es um die Entwicklung von Technologien“, sagt Desney Tan von Microsoft Research und bezieht sich auf Entwicklungen in der Elektronik, die es eines Tages ermöglichen könnten, dass Wearables die Fähigkeiten des Homo technologicus erheblich erweitern.„In den nächsten 50 geht es darum, den Menschen zu erfinden.“Also lasst uns sicherstellen, dass wir es richtig machen.—ABDieser Artikel erschien ursprünglich im Druck als „Beyond Words“.Weitere Informationen zur Zukunft tragbarer Computer finden Sie unter „Erlernen Sie neue Fähigkeiten mit übermenschlicher Geschwindigkeit“.Der clevere Einsatz von Stickstoff-Leerstellen-Diamanten steigert die Leistung von Elektrofahrzeugen um 10 ProzentCharles Q. Choi ist ein Wissenschaftsreporter, der regelmäßig zum IEEE Spectrum beiträgt.Er hat unter anderem für Scientific American, The New York Times, Wired und Science geschrieben.Eine große Sorge bei Elektrofahrzeugen ist, wie weit ihre Batterien sie fahren lassen.Jetzt haben Wissenschaftler in Japan herausgefunden, dass Diamant-Quantensensoren dazu beitragen können, die Genauigkeit der Batterieüberwachung von Elektrofahrzeugen um das Hundertfache oder mehr zu verbessern und möglicherweise ihre Reichweite erheblich zu steigern.Elektrofahrzeuge überwachen die verbleibende Ladung ihrer Batterien und ihre verbleibende Reichweite, indem sie die aktuelle Ausgangsleistung der Batterien analysieren.Obwohl ihre durchschnittliche Batteriestromabgabe etwa 10 Ampere beträgt, kann sie bis zu mehreren hundert Ampere betragen.Angesichts der großen Bandbreite an Stromstärken, die Batteriesensoren von Elektrofahrzeugen analysieren müssen, sind sie typischerweise auf eine Genauigkeit von 1 Ampere begrenzt.Diese Ungenauigkeit führt zu einer Mehrdeutigkeit von etwa 10 Prozent bei den Schätzungen der Batterieladung, wodurch die Batterienutzung ineffizient wird.Jetzt zeigen Forscher in Japan in einer neuen Studie, dass Diamant-Quantensensoren über einen Bereich von mehr als 1.000 Ampere arbeiten und gleichzeitig Stromstärken mit einer Genauigkeit von 10 Milliampere messen können.Dies deutet darauf hin, dass sie die Mehrdeutigkeit bei Schätzungen der Batterieladung von Elektrofahrzeugen von 10 Prozent auf 1 Prozent oder sogar 0,11 Prozent reduzieren können.„Wir haben den weltweit ersten Diamant-Quantensensor für Elektrofahrzeugbatterien entwickelt“, sagt Studienautorin Mutsuko Hatano, Elektroingenieurin am Tokyo Institute of Technology."Durch die Entwicklung eines neuen Sensors mit hoher Leistung und verbesserter Genauigkeit können wir die Batterien effizient nutzen."Die Quantentechnologie hängt von Quanteneffekten ab, die entstehen können, weil das Universum auf seinen kleinsten Ebenen ziemlich unscharf werden kann.Beispielsweise ermöglicht der als Superposition bekannte Quanteneffekt, dass Atome und andere Bausteine ​​des Kosmos im Wesentlichen gleichzeitig an zwei oder mehr Orten oder Zuständen existieren.Diese Quanteneffekte sind sehr anfällig für Störungen von außen.Quantensensoren nutzen diese Tatsache jedoch, um eine außergewöhnliche Empfindlichkeit gegenüber Störungen in ihrer Umgebung zu erreichen.Beispielsweise entwickeln Wissenschaftler derzeit Quantensensoren, die unterirdisch verborgene Merkmale mit beispielloser Detailgenauigkeit erkennen können.Eine gängige Quantensensorplattform sind mikroskopisch kleine künstliche Diamanten mit Defekten darin, bei denen ein Kohlenstoffatom durch ein Stickstoffatom ersetzt ist und das benachbarte Kohlenstoffatom fehlt.Wenn diese Stickstoff-Fehlstellen (NV)-Zentren mit grünem Licht beleuchtet werden, fluoreszieren sie rot.Magnetische, thermische und andere Störungen können diese Reaktion verändern, sodass NV-Zentren als Sensoren dienen können.In der neuen Studie experimentierten die Forscher mit Diamant-Quantensensoren, jeder quadratisch, zwei Millimeter breit und einen Millimeter dick.Sie platzierten einen Sensor auf beiden Seiten der Sammelschiene, der leitenden Schiene, durch die der Strom einer Batterie in der Anschlussdose fließt.Indem sie zwei Sensoren weit voneinander entfernt anstatt dicht beieinander platzierten und dann ihre Daten verglichen, um zu sehen, was sie gemeinsam hatten, konnten die Wissenschaftler falsche Messwerte von jedem Sensor identifizieren und beseitigen, die von Umgebungsgeräuschen herrührten.Diese Sensoren könnten Batterieströme von nur 10 Milliampere bei Temperaturen von -40 bis +85 Grad C erkennen, ein Bereich, den man bei allgemeinen Fahrzeuganwendungen sieht, sagt Hatano.Die Sensoren könnten auch dabei helfen, die Temperatur zu überwachen, was zu einer verbesserten Batteriesteuerung beitragen kann, fügt sie hinzu.Die Forscher stellen fest, dass die Fähigkeit dieser Sensoren, bei etwa 1.000 Ampere zu arbeiten, erforderlich sein wird, da Festkörperbatterien eine höhere Leistung und höhere Kapazitäten in Elektrofahrzeugen fördern.Diese Fähigkeit wird auch zum Einsatz kommen, wenn neue Schnellladegeräte auf den Markt kommen, bemerkt Hatano.Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Diamant-Quantensensoren die Reichweite von Elektrofahrzeugen um 10 Prozent erhöhen können.Alternativ könnten sie dazu beitragen, die Reichweite gleich zu halten, aber das Batteriegewicht um 10 Prozent zu senken.Dadurch würde der Energiebedarf für den Betrieb jedes Fahrzeugs um 3,5 Prozent und der Energiebedarf für die Herstellung der Fahrzeuge um 5 Prozent reduziert.Angesichts von geschätzten 20 Millionen neuen Elektrofahrzeugen weltweit bis 2030 würden solche Reduzierungen einer Verringerung der Kohlendioxidemissionen des globalen Verkehrssektors um 0,2 Prozent entsprechen, sagen die Forscher.Hatano hat zusammen mit dem Hauptautor der Studie, Yuji Hatano, und seinen Kollegen ihre Ergebnisse online am 6. September in der Zeitschrift Scientific Reports detailliert beschrieben.Greg Munson, Mitbegründer des Turniers, über die Technologie, die den Kampf verändert hatStephen Cass ist Redakteur für Sonderprojekte bei IEEE Spectrum.Derzeit leitet er die Hands-On-Kolumne von Spectrum und ist auch für interaktive Projekte wie die Top Programming Languages-App verantwortlich.Er hat einen Bachelor-Abschluss in Experimentalphysik vom Trinity College Dublin.Anfang dieses Jahres gab die Freundin von IEEE-Spectrum und Fashiontech-Designerin Anouk Wipprecht einen Einblick, wie es ist, eine Teilnehmerin bei Battlebots zu sein, dem 22-jährigen Roboter-Kampfwettbewerb, von der Vorbereitungsgrube bis zur Arena.Ihr Team, Ghostraptor, wurde aus dem regulären Wettbewerb geworfen, nachdem es seinen ersten und zweiten Kampf verloren hatte, obwohl es durch den Gewinn einer Runde im Bonus-Golden-Bolzen-Turnier, das kürzlich auf dem TBS-Kanal ausgestrahlt wurde, etwas Ruhm zurückerlangte.Diese Woche gingen Tickets für Zuschauerplätze für die nächste Staffel von Battlebots in den Verkauf;Die Dreharbeiten beginnen im Oktober in Las Vegas.Wir dachten, es sei ein guter Moment, die Show aus einer anderen Perspektive zu betrachten, also fragte Spectrum einen der Gründer von Battlebots und aktuellen Executive Producer, Greg Munson, darüber, wie sich der technologische Fortschritt von zwei Jahrzehnten auf die Konkurrenz ausgewirkt hat.Was sind die größten technologischen Veränderungen, die Sie in etwa 20 Jahren gesehen haben?Greg Munson: Der wahrscheinlich größte ist die Batterietechnologie.Battlebots wurde, glaube ich, im Jahr 2000 auf Comedy Central uraufgeführt. Jetzt sind wir 22 Jahre später.Früher nutzten die Menschen Autobatterien.Dann wurden NiCad-Packs sehr beliebt.Aber mit dem Aufkommen der Lithium-Technologie, als die Akkupacks unterschiedliche Größen und Formen haben konnten, ging es in Bezug auf das Leistungsgewicht gerade richtig los.Jetzt können Sie diese sich massiv drehenden Scheibenwaffen oder Stangenwaffen oder Trommelwaffen haben, die den anderen Roboter buchstäblich auslöschen können.Greg MunsonGabe Ginsberg/Getty ImagesZweitens ist die [Verbesserung der elektronischen Geschwindigkeitsregelung (ESC) Schaltung].Wir haben damals einen Roboter namens Bombmachine gebaut.Und neben seinen riesigen Gelzellenbatterien, die wahrscheinlich ein Drittel des Gesamtgewichts des [Bots] ausmachten, hatten wir diesen großen alten Vantex-Geschwindigkeitsregler mit einem großen riesigen Kühlkörper.Die ESC-Formfaktoren sind kleiner geworden.Sie sind effizienter geworden.Sie können viel mehr Strom durch das System verarbeiten, sodass sie nicht explodieren.Sie haben mehr Technologie eingebaut, so dass das Team eine Person haben kann, die Dinge wie Hitze überwacht, und sie wissen, wann sie zum Beispiel eine Waffe abschalten müssen.Sie sehen das jetzt oft in der Show, wo sie sich sehr schnell drehen und auf einen Hit aus sind.Und dann ziehen sie die Waffe tatsächlich zurück.Und Beobachter werden denken: "Oh, die Waffe ist tot."Aber nein, sie lassen es eigentlich nur abkühlen, weil der Monitortyp seinem Fahrer gesagt hat: "Hey, die Waffe ist heiß. Ich bekomme einige Messwerte vom ESC. Die Waffe ist heiß. Geben Sie mir fünf Sekunden."Derartiges.Und das ist ein enormer Strategie-Segen.Anstatt nur in eine Richtung ferngesteuert zu werden, erhalten die Teams jetzt auch Telemetriedaten von den Robotern zurück?GM: Vieles davon passiert immer häufiger, und Teams wie Ribbot nutzen das.Ich denke, sie beeinflussen auch andere Teams, diesen Weg zu gehen, was großartig ist.Allein diese zusätzliche Datenebene während des Kampfes zu haben, ist enorm.CAD verleiht den Robotern mehr Persönlichkeit und Charakter, was perfekt für eine Fernsehsendung istWelche anderen Technologien haben einen großen Unterschied gemacht?GM: CAD hat seit den 90er-Jahren im Vergleich zu heute wahrscheinlich einen genauso großen Technologieschub erlebt.In der frühen Battlebots-Ära verwendeten viele Teams Bleistift und Papier oder kleine hölzerne Prototypen.Nur die elitärsten Teams verwendeten damals eine frühe Version von Solidworks oder Autodesk.Wir wurden tatsächlich von den CAD-Unternehmen angegriffen, um mehr Bauherren dazu zu bringen, mit CAD zu entwerfen.Wenn Sie früher einen Roboter ohne CAD bauen wollten, dachten Sie sehr pragmatisch und die Form folgt der Funktion.Sie haben also viele Roboter gesehen, die Kisten mit Rädern und einer Waffe darauf waren.Das ist etwas, das Sie einfach auf ein Blatt Papier zeichnen und herausfinden können.Und jetzt ist CAD nur noch eine Selbstverständlichkeit.Gymnasiasten entwerfen Dinge in CAD.Aber wenn Sie CAD haben, können Sie herumspielen und Gegenstände umformen und Sie können einen Roboter wie HyperShock bekommen – es sieht so aus, als gäbe es auf HyperShock keine rechtwinkligen Teile.CAD verleiht den Robotern mehr Persönlichkeit und Charakter, was perfekt für eine TV-Show ist, weil wir möchten, dass das Publikum sagt: „Hey, das ist HyperShock, mein Favorit!“Wegen der Silhouetten, wegen der Form ist es ein Markenzeichen, es ist sofort identifizierbar – im Gegensatz zu einer silbernen Aluminiumbox, die keine Farbe hat.Es wurde schnell klar, dass ein Batteriebrand in der Grube mit dem Rauch und so weiter ein No-Go istAls Anouk darüber schrieb, ein Wettkämpfer zu sein, wies sie darauf hin, dass die Teams ein ziemlich strenges Sicherheitsregime einhalten müssen, insbesondere in Bezug auf Batterien, die in einem separaten Bereich gelagert und aufgeladen werden, wo die Wettkämpfer ihre Roboter vor einen Kampf bringen müssen.Wie haben sich diese Regeln entwickelt?GM: Es ist Teil „Not macht erfinderisch“ und Teil Sie wissen einfach, dass die Lithium-Technologie volatiler ist.Wir haben ein wirklich intelligentes Team, das uns hilft, die Regeln einzuhalten, es gibt einige EEs und einige Maschinenbauingenieure.Sie kennen sich mit Technologiethemen aus, noch bevor sie das Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit erreichen.Die Warnschüsse waren von Anfang an da – Lithium-Technologie kann brennen und brennt weiter.Wir begannen mit Ihrem einfachen Eimer voller Sand und speziellen Feuerlöschern entlang der Arenaseite und in der Grube, wo die Leute die Roboter reparierten.Jede Reihe hatte einen Sandeimer und ein Protokoll für die ordnungsgemäße und sichere Entsorgung der Batterien.Aber es wurde schnell klar, dass ein Batteriebrand in der Grube mit dem Rauch und so weiter ein No-Go ist.Also schwenkten wir schnell von dort weg [zu einer separaten] Batterieladegrube.Wir haben gesehen, wie Batterien einfach hochgegangen sind, und sie passieren nicht in der Hauptgrube;sie passieren in der Batteriegrube – was ein riesiger Gewinn für uns ist, weil wir dort genau wissen, wie wir damit umgehen müssen.Es steht Personal bereit, um die Brände zu löschen und sich um sie zu kümmern.Wir haben auch einen Akku-Kühlbereich für nach einem Kampf.Wenn die Batterien gerade große Energiemengen entladen haben, sind sie heiß und einige von ihnen schnaufen.Sie erhalten eine vollständige Inspektion.Du kannst nach deinem Match nicht zurück in die Box gehen.Sie müssen zum Akku-Kühlbereich gehen – er ist draußen, er hat Ventilatoren, er ist cool.Ein engagierter Sicherheitsinspektor prüft die Batterien und stellt sicher, dass sie nicht kurz davor stehen, ein Feuer zu verursachen oder in irgendeiner Weise zu schnaufen.Wenn alles gut ist, lassen sie sie abkühlen und bleiben dort 10, 15 Minuten, und dann können sie zurück zum Batterieladezelt gehen, die Batterien herausnehmen und aufladen und dann wieder den Roboter reparieren.Wenn die Batterien nicht gut sind, werden sie ordnungsgemäß entsorgt.Die Technologie ist flexibler geworden, aber wie verhindert man, dass Konkurrenten sich nur auf eine Handvoll optimaler Designlösungen konzentrieren und alle anfangen, gleich auszusehen?GM: Das ist ein ständiger Kampf.Manchmal gewinnen wir und manchmal verlieren wir.Vieles davon steht in den Bewertungsregeln, den Kriterien.Wir haben so viele Iterationen der Bewertungsregeln durchlaufen, weil Bauherren es lieben, entweder eine Gabel, eine Reihe von Gabeln oder einen Keil an ihrem Bot anzubringen.Macht absolut Sinn, weil Sie den Kerl hochheben und mit Ihrer Waffe treffen oder in die Luft schießen können.Also okay, wenn du den ganzen Kampf nur zwängst, ist das aggressiv?Ist das Kontrolle?Ist das ein Schaden?Und so waren wir damals wahrscheinlich strenger und entschieden, dass wir es Ihnen tatsächlich anrechnen, wenn Sie alles, was Sie tun, nur keilen.Da sind wir lockerer geworden.Nun, wenn alles, was Sie tun, Keil ist, zählt es nur ein bisschen gegen Sie.Aber Sie werden niemals die Aggressionskategorie gewinnen, wenn Sie nur Wedges machen.Denn ein Wedge kann alles schlagen.Wir haben oft gesehen, dass das Finale zwischen einem großen knorrigen Spinner und einem Wedge ausgetragen wird.Keile sind eine sehr effektive, einfache Maschine, die im Roboterkampf aufräumen kann.Also optimieren wir, wie wir die Wirksamkeit von Wedges zählen, und unseren Leitfaden für die Bewertung, wenn der Kampf an die Richter geht.In der Zwischenzeit wollen wir nicht, dass es vor Gericht geht.Wir wollen einen Knockout sehen.Wir fordern also, dass Sie eine aktive Waffe haben müssen.Du kannst nicht nur einen Keil haben.Es muss eine robuste aktive Waffe sein, die tatsächlich Schaden anrichten kann.Sie können einfach keinen Home Depot-Bohrer auf die Oberseite Ihres Roboters stellen und Feierabend machen.Das war einfach etwas, von dem wir wussten, dass wir den Sport vorantreiben mussten.Was zu passieren scheint, ist, dass die vertikalen Spinner jetzt sozusagen die dominierende Klasse sind.Wir wollen nicht, dass die Roboter homogenisiert werden.Das ist einer der Gründe, warum wir Änderungen während des eigentlichen Turniers zulassen.Bestimmte Fans sind sauer auf uns geworden und haben gesagt: „Warum hast du zugelassen, dass sie dieses Ding mitten im Turnier hinzufügen?“Weil wir das wollen.Wir wollen diesen Geist des Einfallsreichtums und Einfallsreichtums.Wir möchten jede Vorstellung von „vertikalen Spinnern werden immer gewinnen“ durchbrechen.Wir wollen verschiedene Arten von Kämpfen sehen, weil die Leute sich sonst langweilen.Selbst wenn es massive Zerstörungen gibt, die uns immer wieder zu erregen scheinen, wenn es immer wieder die gleiche Art von Zerstörung ist, fängt es an, wie eine Explosion in Charlie's Angels zu sein, die ich 100 Mal gesehen habe, oder?Viele Roboter sind jetzt modular aufgebaut, wo sie einen vertikalen Spinner gegen einen horizontalen Unterschneider und so weiter austauschen können.Dies wird eine ständige Entwicklung für unsere gesamte Geschichte sein.Wenn Sie mir diese Frage in 20 Jahren stellen, werde ich immer noch sagen, dass es ein Kampf ist!Erfahren Sie, wie Sie elektromagnetische Gleichtaktstörungen (EMI) in elektrischen Antriebsinstallationen messen und reduzieren könnenHeutzutage werden elektrische Maschinen häufig von leistungselektronischen Wandlern angetrieben.Auch wenn der Einsatz von Konvertern viele Vorteile mit sich bringt, sind Gleichtaktsignale (CM) in vielen Installationen ein häufiges Problem.Gleichtaktspannungen, die durch die Gleichtaktströme des Umrichterantriebs induziert werden, beschädigen mit der Zeit die Motorlager und verringern die Lebensdauer des Antriebs erheblich.Laden Sie jetzt dieses kostenlose Whitepaper herunter!Daher ist es unerlässlich, diese Gleichtaktgrößen zu messen, um geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen.Handoszilloskope in Kombination mit Rogowski-Sonden bieten eine einfache und zuverlässige Möglichkeit, die erforderlichen Größen und die Wirksamkeit verschiedener Gegenmaßnahmen genau zu bestimmen.