Im Forschungsverbund Oasys (Optoelektronische Sensoren für anwendungsnahe Systeme) entwickelt ein Team aus Wissenschaft und Industrie neue Ansätze für leistungsfähige optische Sensortechnologie. Das Teilprojekt A1 widmet sich der Entwicklung einer ultrakompakten, energieeffizienten Hyperspektralkamera, die mittels künstlicher Intelligenz komplexe Material- und Qualitätsanalysen in Echtzeit ermöglicht. Das integrierte Spektrometer erfasst spektrale Merkmale und macht damit chemische Eigenschaften sichtbar, die für das menschliche Auge verborgen bleiben. Mängel von Lebensmitteln oder die Zusammensetzung von Textilien oder Kunststoffen können so präzise und schnell identifiziert werden.
Das Prinzip: Eine konventionelle 2D-Kamera erfasst zunächst ein hochaufgelöstes Bild des Objekts. Künstliche Intelligenz analysiert dieses Bild in Echtzeit und identifiziert automatisch die interessanten Bereiche, die sogenannten Regions of Interest. Nur an diesen ausgewählten Positionen führt das integrierte Spektrometer eine Spektralanalyse durch und ermittelt die chemische Zusammensetzung. Dieser intelligente Ansatz macht hyperspektrale Messungen deutlich effizienter: Statt das gesamte Bild aufwändig hyperspektral zu erfassen, werden nur die relevanten Messpunkte analysiert.
Das reduziert Datenmengen, Energieverbrauch und Rechenzeit. Die daraus gewonnenen Informationen unterstützen beispielsweise die zuverlässige Sortierung von Textilien und Kunststoffen und erhöhen die Sicherheit bei der Identifikation von Plagiaten. Darüber hinaus verbessern sie die Qualitätskontrolle in der Lebensmittelverarbeitung, indem sie Druckstellen und Mängel aufspüren, und ermöglichen eine genaue Beurteilung des Pflanzenzustands und des Nährstoffbedarfs in der Landwirtschaft. Durch die automatisierte Auswertung hilft etwa bei der Entscheidungsfindung. Zugleich adressiert das System Nachhhaltigkeit und Ressourceneffizienz.
„Mit der kompakten hyperspektralen Kamera aus Oasys A1 schaffen wir eine Technologie, die analytische Verfahren dorthin bringt, wo sie gebraucht werden: direkt in Produktionslinien, Sortieranlagen oder auf das Feld“, erklärt Heinrich Engelke, Projektverantwortlicher am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS. „Die Kombination aus Miniaturisierung, Energieeffizienz und künstlicher Intelligenz eröffnet völlig neue Einsatzmöglichkeiten und leistet zugleich einen wichtigen Beitrag zu Ressourcenschonung und Prozesssicherheit.“
Mit den im Projekt entwickelten Komponenten möchten die Beteiligten eine Grundlage für künftige sensorische Systeme liefern, die nach Einschätzung der Forschenden sowohl in Industrie und Recycling als auch in der Agrar- und Lebensmittelbranche maßgebliche Verbesserungen erzielen könnten.
