Und sie dreht sich doch …

… murmelte Galileo Galilei angeblich beim Verlassen des Inquisitionsgerichts in seinen Bart und gemeint hat er dabei die Erde, die eben doch nicht fest verankert ist. Selbst in unseren Smartphones gibt es bewegliche Teile – man mag es kaum glauben und ich rede dabei nicht von den Knöpfen für die Lautstärke. Ich rede vom Gyrosensor durch den wir in der Lage sind virtuelle Rennautos mit der Neigung des Telefons zu lenken. Aber: wie um alles in der Welt misst ein Chip einen Neigungswinkel? Ganz einfach, durch die Schwerkraft! Winzige stimmgabelähnliche Gebilde aus Silizium biegen sich durch die Beschleunigungskräfte beim Bewegen des Handys, verändern so den Abstand zueinander und damit gleichfalls die Stärke des durch sie fließenden Stroms. Wenn man das in drei Achsen misst, weiß das Handy, welche Neigung es zum Erdmittelpunkt hat. (Video)

Fest installiert sind an den Sicherheitskontrollen im Flughafen hingegen die „elektronischen Nasen“, die einzelne Inhaltsstoffe von Materialien „riechen“ können und so gepresstes, organisches Material (Energieriegel) von gepresstem, organischem Material (Sprengstoff) unterscheiden können.  Natürlich sind diese Maschinen nicht in der Lage wirklich zu riechen, sie leiten den Geruch anhand von Teilchenkonzentrationen ab. Genauso wie Herzfrequenz-Apps auf dem Handy mangels EKG den Pulsschlag auch nicht messen, sondern nur herleiten können. Die minimalen, aber rhythmischen Kontrastveränderungen im Kamerabild erlauben eine erstaunlich korrekte Berechnung des aktuellen Herzschlags (wenn man seinen Finger auf die Fotolinse legt und das Kameralicht diesen hellrot erleuchtet).

Der am häufigsten verbaute Messfühler ist allerdings der PIR – der passive Infrarot-Sensor. Er ist in den 10€ Baumarktlampen und Überwachungskameras verbaut, die angehen, wenn einer vorbeiläuft. Der PIR ist also ein Bewegungsmelder. Dumm nur, dass ein PIR eigentlich gar keine Bewegung messen kann. Er erkennt ausschließlich Temperaturunterschiede und wenn ein warmer Körper den Messbereich betritt, geht er einfach davon aus, dass da einer durchs Bild läuft. Deshalb geht eine Alarmanlage mit PIR-Sensor auch bei jedem kleinen Viech los, das mal vorbei huscht. Als Warnsystem gegen Vampire, Zombies und anderen kalte Körper sind diese Geräte jedoch völlig ungeeignet.

Ergänzung 17.08.2014: Die Gyrosensoren sind so hochempfindlich, dass sie sogar die Schwingungen in der Luft – ausgelöst durch Sprechen – messen können. Forschern ist es in Teilen gelungen, daraus sogar die gesprochenen Worte zurückzurechnen. Der heise.de-Beitrag enthält übrigens ein schönes Bild eines iPhone-Sensors, der mir allerdings defekt vorkommt (rechts oben).

3 Kommentare zu “Und sie dreht sich doch …

  1. Ah, Sensoren. Es ist schon faszinierend, was man sich aus den bruchstück- & mangelhaft wirkenden Datenströmen verschiedener Sensoren alles mögliche er-rechnen oder besser, „rekonstruieren“ kann. Im Augenblick bin ich großer Fan der Single-Pixel Kamera. Die hat, naja, bloß 1 Pixel Auflösung. Der Terminus Technicus dahinter nennt sich „compressed sensing“ (oder compressive sensing?). Nach ~65K Aufnahmen sieht das ganze schon recht beeindruckend aus: http://dsp.rice.edu/cscamera. Ich weiß nicht, wie sehr sich das mit „Oversampling“ überschneidet: http://en.wikipedia.org/wiki/Oversampled_binary_image_sensor. „Super Resolution“ wird schon in einigen Mobil-Geräten angewandt, ein ähnliches Prinzip, nur kommen (Pseudo-)Random Pixel-Masken zum Einsatz. Etwas ähnliches läßt sich mit „Structured Lighting“ erzielen. Die traditionelle Kamera, die im digitalen ohnehin nur mehr eine Reminiszenz dazustellen scheint, braucht es schlicht nicht mehr, um ein „Foto“ zu er-rechnen.
    Kleine Anmerkung: Gyro- & Beschleunigung sind zwei unterschiedliche Sensor-Typen, obwohl bei beiden eine Beschleunigung des Meßgerätes (Kippen) ausschlaggebend ist. Die „Stimmgabeln“ sind in den Beschleunigungs-Sensoren verbaut, und stammen, Nomen-est-Omen, aus dem Fahrzeugbau. Sie dienen meistens dazu eine Negativ-Beschleunigung darzustellen, um dann, hoffentlich rechtzeitig, z.B. einen Airbag auszulösen. Es benötigt also relativ hohe Beschleunigungskräfte für einen Ausschlag (erstaunlich, wieviel G man mit dem Arm erzeugen kann), sonst kommt wenig bis nichts daher. Normalisiert man aber den Output, kann man die Erdbeschleunigung ganz gut auslesen. Der erste Ipod Touch von der Firma mit dem Apfel enthält einen 2-achsigen Sensor, deswegen kann man die Anzeige nicht „auf den Kopf“ stellen, wie bei den Nachfolge-Geräten mit 3-Achs-Sensoren.
    Bei den Gyros dreht sich tatsächlich etwas sehr kleines sehr schnell in evakuierten Kapseln und liefert ganz andere, sensibler deutbare Werte. Aber auch dieser Sensor-Typ wird von einem „Solid-State“-Device ohne bewegliche Teile abgelöst werden, dem IFOG, auch Faserkreisel genannt: http://de.wikipedia.org/wiki/Faserkreisel. Dabei bekomme ich Gänsehaut.

    Danke für die tolle Webseite & Schönen Abend!

    Gert Brantner

    • Ganz herzlichen Dank für die spannenden Details Herr Brantner!
      Der 1-Pixel-Kamera könnte es passieren, dass sie bald hier als eigenes Thema auftaucht ;-)
      Herzliche Grüße,
      Tobias Schrödel

  2. Pingback: Bankräuber nutzen Infos aus diesem Blog - Ich glaube, es hackt!

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