Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz nutzt Perle zur Datenübertragung, um Virtual-Reality (VR)-Umgebungen zu schaffen

Perle Systems - Fallstudie

Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz nutzt Perle zur Datenübertragung, um Virtual-Reality (VR)-Umgebungen zu schaffen

Die IRG-Router und IDS-Switches von Perle sind dank ihres extrem stromsparenden Designs ideal für den Einsatz in einer batteriebetriebenen mobilen Sensorik-Plattform geeignet.

Pflanzensortenversuche werden von Saatgutherstellern genutzt, um Pflanzensorten zu bewerten und zu entwickeln, die nachhaltig und krankheitsresistent sind und den besten Ertrag liefern. Diese Versuche sind teuer und arbeitsintensiv, da sie eine kontinuierliche Überwachung erfordern, damit die Qualität anhand von Pflanzenmerkmalen, wie Höhe, Volumen und Färbung, bestimmt werden kann. Deshalb entwickeln Forscher des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) im Rahmen des vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Forschungsprojekts PORTAL (28DK111B20) einen virtuellen Züchtungsgarten, um den Einsatz von Automatisierung und virtueller Realität (VR) in Pflanzensortenversuchen zu testen.

Das DFKI hat eine mobile Sensorik-Plattform entwickelt, bestehend aus einem batteriebetriebenen Roboter mit dem Namen Valdemar, der auf der Thorvald-Plattform von Saga Robotics basiert, und einer Basisstation, in der Valdemar vor Stürmen und Vandalismus geschützt ist, während er Daten hochlädt und seine Batterie aufgeladen wird. Valdemar kann in einer Aufzeichnungskampagne über 4 km zurücklegen und dabei eine Fläche von ca. 6.000 m² abdecken, um mit mehreren Sensoren und Kameras rund 2 Terabyte an Daten über Pflanzen in verschiedenen Entwicklungsstadien zu erfassen. Diese Daten werden im Container der Basisstation komprimiert und dann über 5G zur weiteren Verarbeitung in das cloudbasierte Rechenzentrum hochgeladen, um eine dreidimensionale Karte des Zuchtgartens in einer VR-Umgebung zu erstellen.

Christoph Tieben, Teamleiter Robot-Control am DFKI: Der Einsatz von VR-Technologien eröffnet viele neue Möglichkeiten, wie z. B. die immersive Begehung der Parzellen, unabhängig von Versuchsstandort und Anbauperiode. Darüber hinaus eröffnet die Bewertung von Pflanzen in einem virtuellen Zuchtgarten das Potenzial für interaktives maschinelles Lernen, da die Informationen gespeichert und für die Erstellung von Datensätzen gekennzeichnet werden können. Auf dieser Grundlage können Automatisierungs- oder Empfehlungssysteme entwickelt werden.

Bei Valdemar bestand das erste Problem darin, die verschiedenen Sensoren und Kameras für die Datenerfassung anzuschließen. Der IDS-305-XT Industrial Ethernet Switch wurde aufgrund seiner kompakten Größe ausgewählt, die in den begrenzten Raum passt, sowie aufgrund seiner Fähigkeit, in einer Umgebung zu arbeiten, die Vibrationen, Stößen und Temperaturen von -40 °C bis 75 °C ausgesetzt ist. Der IDS-305-XT spielt eine entscheidende Rolle im Backbone-Netzwerk, indem er die Echtzeit-Taktsynchronisation der einzelnen Steuerungskomponenten und die ProfiNet-Unterstützung für die Integration einer ausfallsicheren SPS ermöglicht. Das zweite Problem war das Hochladen der Daten in den Container der Basisstation und die anschließende Übertragung in das cloudbasierte Rechenzentrum.

Tieben erklärt: Da Valdemar batteriebetrieben ist und der Container der Basisstation mit Solar- und Windenergie betrieben wird, mussten die installierten Geräte einen möglichst geringen Stromverbrauch haben. Für diese Aufgabe haben wir Mobilfunk-Router von Perle, Cradlepoint und Sierra Wireless getestet. Der Stromverbrauch von Perle war nur halb so hoch wie bei den Produkten der Konkurrenz. Das und die Tatsache, dass der Router von Perle keine Probleme mit der SIM-Karten-Erkennung hat, wie wir sie bei den anderen Routern erlebt haben, hat uns die Entscheidung für die IRG-Router leicht gemacht.

Sehen Sie sich den in Valdemar integrierten IRG-Router und IDS-Switch genauer an

Perle IRG-Router sind für den Betrieb mit begrenztem Energieverbrauch ausgelegt und verbrauchen weniger als 1 Watt im Ruhemodus und 52 mW im Standby-Modus. Damit sind sie ideal für batterie-, solar- und windbetriebene Anwendungen. Sie erfüllen außerdem alle Umweltanforderungen mit einemkleinen Formfaktor, einem robusten Aluminiumdruckgussgehäuse nach IP54, einer nach MIL-STD-810G zertifizierten Stoß- und Vibrationsfestigkeit und Betriebstemperaturen von -40 °C bis 70 °C.

Netzwerkdiagramm mit in die DFKI Mobile Sensorik-Plattform integrierten Perle Routern und Switches

Ein IRG5541+ LTE-Router ist auf Valdemar installiert und ein IRG7440 5G-Router befindet sich in der Basisstation, um eine kontinuierliche VPN-LTE-Verbindung zwischen dem Roboter und dem Container zu gewährleisten. Wenn Valdemar zum Container der Basisstation zurückkehrt, werden die Daten automatisch über ein lokales WLAN 6E-Netzwerk übertragen. Die Verarbeitungsgeräte der Basisstation komprimieren und reduzieren die Daten, bevor sie über Nacht mit dem Perle IRG7440 5G-Router in das cloudbasierte Rechenzentrum hochgeladen werden.

Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) wird seit 1988 als gemeinnützige Public-Private-Partnership (PPP) betrieben. Es hat heute Standorte in Kaiserslautern, Saarbrücken, Bremen und Niedersachsen, Labore in Berlin und Darmstadt sowie Außenstellen in Lübeck und Trier. Das DFKI verbindet wissenschaftliche Exzellenz und wirtschaftsnahe Wertschöpfung mit gesellschaftlichem Bewusstsein und ist in der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft als bedeutendes Center of Excellence anerkannt. Im Bereich der künstlichen Intelligenz forscht das DFKI seit mehr als 30 Jahren zur KI für den Menschen. Die Forschung ist wesentlichen, zukunftsorientierten Anwendungsbereichen und gesellschaftlich relevanten Themen gewidmet. Mit derzeit rund 1.460 Mitarbeitern aus mehr als 65 Ländern entwickelt das DFKI die innovativen Softwaretechnologien von morgen. Das Finanzvolumen lag 2021 bei 76,3 Millionen Euro.

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