Cyber-physische Systeme (CPS)

Cyber-physische Systeme – kurz auch CPS – sind eine technologische Entwicklung, bei der mechanische, physische Bauteile mit einer digitalen Software kommunizieren. CPS verbinden somit die virtuelle und die reale Welt miteinander, wobei sie riesige Datenmengen bewältigen. Sie sind die notwendige Grundlage für das „Internet der Dinge“, denn sie können auf intelligente Weise Alltagsgegenstände steuern – und somit unser aller Leben vereinfachen. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, welche Funktionalität hinter CPS steckt, und nennen Ihnen typische Beispiele.

Die technologischen Grundlagen von cyber-physischen Systemen

Ein CPS basiert auf mehreren Komponenten, die natürlich reibungslos funktionieren müssen, damit das System seine Arbeit wie vorgesehen ausführen kann. Zu den wichtigsten Bestandteilen gehören:

• Sensoren, um physikalische Daten wie die Temperatur oder die Strommenge zu erfassen
• Aktoren, um auf physikalische Vorgänge einzuwirken, also beispielsweise die Heizung einzuschalten
• Datenspeicher, um Informationen ständig auszuwerten
• digitale Netze, um mehrere Geräte für den weltweiten Datenaustausch miteinander zu verbinden
• multimodale Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine, um per Gesten oder Sprache zu kommunizieren

Die Grundlage für die Entwicklung von CPS ist eine stabile Dateninfrastruktur. Cyber-physische Systeme haben Sensoren, welche unterschiedliche Daten erfassen. Diese Daten müssen direkt verarbeitet und analysiert werden, damit auf Veränderungen schnell reagiert werden kann. Außerdem trägt die Dateninfrastruktur zu einer hohen Datensicherheit bei. Viele CPS nutzen auch  Augmented Reality (AR). Damit können digitale Inhalte in die physische Welt abgebildet werden.

CPS verwenden AR, um Informationen oder Daten in den Arbeitsbereich des Users zu projizieren. Dadurch kann die Arbeit erleichtert und die Produktion gesteigert werden. Auch die Künstliche Intelligenz (KI) spielt für CPS eine wichtige Rolle. Sie hilft den Maschinen, sich an neue Situationen selbstständig anzupassen und selbst Entscheidungen zu treffen. Als Teilbereich der Künstlichen Intelligenz ist dabei auch das Machine Learning von Bedeutung. Es wird von CPS genutzt, um aus gesammelten Daten Vorhersagen für die Zukunft abzuleiten. Auch Fehler lassen sich damit erkennen und beheben.

CPS lässt die reale und die digitale Welt verschmelzen

Der Einsatz von CPS wird zum Beispiel diskutiert, wenn es um die Ampelsteuerung geht. Eine zentrale Steuerung dieser gibt es schon. Es wäre aber auch möglich, eine einzelne Ampel ihren Zeitplan per CPS an eine Schnittstelle übermitteln zu lassen. Ein smartes Auto könnte diese Daten nutzen, um seine Geschwindigkeit so anzupassen, dass es nicht bei Rot halten muss. Außerdem wüsste das Auto, ob es sich an einer roten Ampel lohnt, aus Umweltschutzgründen den Motor abzustellen. Ebenso sind CPS natürlich für das Ambient Assisted Living nützlich.

Ältere Menschen können länger in ihrer vertrauten Umgebung bleiben, wenn sich der Herd automatisch ausschaltet, die Rollläden sich selbstständig öffnen und schließen und die Raumtemperatur immer auf die programmierte Wohlfühltemperatur eingestellt wird. In der Industrie 4.0 spielen CPS ebenfalls eine wichtige Rolle. Sie tragen dazu bei, Produktionsprozesse und Maschinen miteinander zu vernetzen. So haben Unternehmen die Chance, ihre Effizienz zu verbessern, ihre Qualität zu erhöhen und ihre Kosten zu reduzieren. Durch CPS können in der Industrie 4.0 völlig neue Geschäftsmodelle eröffnet werden, sodass Betriebe auf Kundenwünsche flexibler eingehen können.

Fazit zu Cyber-physische Systeme

Alles in allem können wir feststellen, dass Cyber-physische Systeme eine wichtige Technologie ist, wenn es darum geht, die physische und digitale Welt miteinander zu verbinden. Sie ermöglichen eine völlig neue Art der Zusammenarbeit zwischen Daten, Maschine und Mensch. Durch verschiedene Sensoren und den Einsatz von Augmented Reality, KI und Machine Learning haben CPS die Möglichkeit, in Echtzeit Daten zu analysieren und zu verarbeiten. CPS steigern die Effizienz von Unternehmen, helfen bei der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und senken die Kosten. Es bleibt auf jeden Fall spannend, die weiteren Entwicklungen der CPS in der Zukunft zu beobachten.

Fragen und Antworten