Das Internet hat die Art und Weise verändert, wie wir kommunizieren. Doch erst die Entwicklung von Sensoren für Bewegung, Licht, Hitze und Druck, die ihre Umgebung überwachen, kann aus dem Netzwerk ein digitales Nervensystem machen.
Ein Netzwerk aus Sensoren, das seine Umgebung unter ständiger Kontrolle hat, könnte beispielsweise einen drohenden Waldbrand oder undichte Stellen in einer Pipeline, die später zu einer ernsthaften Bedrohung für die Umwelt werden könnten, aufspüren.
Zahlreiche Universitäten, Technologie-Start-Ups, Venture-Kapitalgeber und auch große Unternehmen experimentieren mit Technologien, die Netzwerke mit Millionen kleiner Fühler ausstatten könnten. Bis zum großen Durchbruch müssen jedoch noch schwierige technische und ökonomische Probleme gelöst werden.
Der Kern solcher Systeme sind kleine Sensoren, die ihre Umgebung überwachen und die Informationen drahtlos an Computer übermitteln können. Der Unterschied zu bestehenden Technologien wie dem Thermostat besteht darin, dass sich solche Sensoren zu intelligenten Clustern zusammenschließen müssen, um die gewonnenen Daten gemeinsam zu verarbeiten und weiterzuleiten.
Jeder Mini-Sensor, auch als "Mote" bezeichnet, besteht aus einem Prozessor, etwas Speicher sowie einer drahtlosen Sende- und Empfangseinheit. Darüber hinaus sind in jedem Gerät noch die entsprechende Sensor-Komponente sowie häufig auch eine Stromversorgung integriert. Alles zusammen hat dann die Größe eines Flaschendeckels.
Innerhalb der nächsten Jahre soll eine weitere Miniaturisierung auf die Größe einer Aspirin-Tablette möglich sein. Dann ließen sich die Sensoren in Gewässern zur Erkennung von Verschmutzungen und im Asphalt zur Erfassung des Verkehrsaufkommens einsetzen. Setzt man Tausende dieser Motes ein, beispielsweise um Gebäude herum, an Brücken, in Fabriken und auf Feldern, können Menschen ihre Umwelt genauer als jemals zuvor beobachten.
"Ich bin mir ganz sicher, dass diese Technologie revolutionär ist und an den Punkt kommen wird, an dem sie auf das Leben der Menschen großen Einfluss hat", so Rob Conant, stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Dust Networks im kalifornischen Berkeley.
Harbor Research zufolge werden das Internet und andere Netzwerke am Ende des Jahrzehnts mit Millionen dieser Sensoren verbunden sein. Das Unternehmen verfolgt den sich entwickelnden Markt und prognostiziert, dass das Volumen für Equipment und Services in diesem Bereich dann die Milliardengrenze überschreiten wird.
Dust Networks, dessen Gründer die kleinen Sensoren als "Smart Dust", also "intelligenter Staub" bezeichnet hatte, ist eines von einer Handvoll Start-Ups, die diese Vision in die Realität umsetzen wollen. Weitere Player sind Crossbow aus San Jose, Ember aus Boston und Millenial Net aus Cambridge.
Neben Accenture und Intel sind auch führende Forschungsuniversitäten, darunter die Universität von Kalifornien mit ihren Standorten Los Angeles und Berkeley, die Carnegie Mellon University und das Massachusetts Institute of Technology auf diesem Feld aktiv.
Auch die US-Regierung zeigt Interesse an der Technologie. Sowohl das Verteidigungsministerium, als auch die National Science Foundation sowie die Central Intelligence Agency haben Forschungsgelder bereitgestellt. Aufgrund von technischen und ökonomischen Schwierigkeiten sind Sensor-Netzwerke trotz enormer finanzieller und geistiger Investitionen in den letzten Jahren nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen. Dust, Crossbow und die anderen Player wollen zunächst einmal die drei Märkte erobern, die die größten Gewinne versprechen: Verteidigung, Gebäudeautomation und Industrieanlagen.
Klima- und Beleuchtungsanlagen sowie Sicherheitssysteme sind heute bereits mit Sensoren ausgestattet. "Motes" könnten Gebäude nach Aussagen des Dust-Gründers Rob Conant noch sicherer, noch komfortabler und noch günstiger im Betrieb machen.
Der Bereich Gebäude-Automation sei reif für den Einsatz der Technologie, da hier bereits mit vielen Sensoren gearbeitet werde. "Aus jedem Sensor kann ein drahtloser Sensor werden, in dem man einfach eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit hinzufügt. Es ist eigentlich genauso, wie wenn man aus einem PC einen vernetzten PC macht."
Im militärischen Bereich geht es eher darum, Informationen über das Schlachtfeld, die Truppen und das eingesetzte Gerät zu erhalten. Die Technologie könnte auch Unternehmen aus kapitalintensiven Branchen wie Öl und Chemie dabei helfen, ihre Anlagen besser zu überwachen, um eventuelle Schäden schon frühzeitig zu erkennen.
Die Firma Tyco Thermal Controls, die die Beheizung von Pipelines übernimmt, hofft beispielsweise darauf, dass drahtlose Sensor-Netzwerke die Installationskosten von Temperatur-Überwachungseinrichtungen senken wird. Das Unternehmen hofft, die aktuell eingesetzte, kosten- und wartungsintensive verdrahtete Lösung durch ein drahtloses System von Ember ersetzen zu können.
"Aufgrund der giftigen Umgebung ist die Verdrahtung sehr teuer", so Ken McCoy, Geschäftsführer von Tyco Thermals Elektronik-Abteilung. Das Unternehmen ist in der Evaluierungsphase und setzt die Technik noch bei keinem seiner Kunden ein. Die Probleme bei der Kommerzialisierung der Technologie haben mit dem Aus von Graviton aus San Diego bereits zum Niedergang eines viel versprechenden Unternehmens geführt.
Das Unternehmen hatte innerhalb der fünf Jahre seines Bestehens mehr als 60 Millionen Dollar Venture-Kapital aufgebracht. Zu den prestigeträchtigen Investoren gehörten Kleiner Perkins Cauflied & Byers sowie Royal Dutch Shell. Die Überreste von Graviton wurden im vergangenen Jahr an die Firma Xsilogy für eine nicht bekannte Summe verkauft. Graviton-Gründer Michael Nova zufolge seien es rund eine Million Dollar gewesen.
Nova, der das Unternehmen anderthalb Jahre vor der Auslösung wegen Streitigkeiten in der Führungsebene verlassen hat, führt den Misserfolg von Graviton auf das falsche Business-Modell zurück. Er wies zudem darauf hin, dass viele der noch am Markt befindlichen Unternehmen mit denselben Problemen zu kämpfen hätten. Graviton wollte zuviel gleichzeitig machen, so Nova.
Graviton wollte nicht nur die Sensoren und das Netzwerk-Equipment herstellen, sondern sich auch um die Installation und die Verarbeitung der Daten kümmern. "Der Versuch, eine Komplettlösung zu verkaufen, ist fehlgeschlagen", so Nova. "Dieser Ansatz war der Zeit einfach zu weit voraus."
Unternehmen wie Ember und Dust, die noch am Markt agieren, haben sich auf bestimmte Teilbereiche konzentriert. Ember produziert beispielsweise selbst keine Sensoren, sondern nur Netzwerk-Equipment.
Eine weitere Hürde auf dem Weg hin zum massenhaften Einsatz der Technologie sind die Kosten, die Größe und der Energiebedarf der Motes. Zu Preisen zwischen 50 und 80 Dollar sind diese deutlich zu teuer für die geplanten Einsatzgebiete. Beobachter hingegen erwarten, dass der Preis innerhalb der nächsten fünf Jahre auf einen Dollar fallen wird.
Die meisten Sensoren beziehen ihre Energie aus Batterien, was dann zu einem Problem wird, wenn diese häufig ausgetauscht werden müssen. Dust Networks hat nach eigenen Angaben zwischenzeitlich Motes entwickelt, deren Akkus eine Betriebsdauer von fünf bis zehn Jahren erreichen. In Zukunft könnten Entwickler sogar Sonnen- und Kinetische Energie nutzen. "Mit der Zeit bekommen wir das Problem besser in den Griff", so der CEO von Dust Networks.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, Netzwerk-Standards und Tools zu entwickeln, die die von den Motes kommenden großen Datenmengen verarbeiten können. Das Institut of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat eine Arbeitsgruppe gebildet, die Protokolle für Sensor-Netzwerke entwickeln soll. Inzwischen hat sich das von der Universität von Kalifornien am Standort Berkeley entwickelte Tini OS als populäres Betriebssystem für Motes herauskristallisiert.
Analysten sind zuversichtlich, dass all diese Probleme mit der Zeit überwunden werden können. Sie weisen auch auf die zahlreichen Pilotprojekte hin, die beim Militär und großen Industrieausrüstern wie Honeywell und General Electrics derzeit durchgeführt werden. "Da ist einiges im Gange", so Glen Allemdinger von Harbor Research.