Onderzoek naar draadloze machinebesturing met behulp van 6G mobiele communicatie

De digitalisering van de productie biedt bedrijven veel voordelen, zoals een grotere flexibiliteit in de productie en veerkracht bij stilstand. De toekomstige 6G mobiele communicatiestandaard moet eindelijk dit potentieel voor marktgerichte communicatieoplossingen mogelijk maken. Aan de universiteit van Kaiserslautern-Landau werkt een team onderzoekers aan concepten voor draadloze interconnectiviteit via speciale “subnetwerken”. Met een CNC-freesmachine wordt uitvoerig getest.

“Moderne bedrijven hebben een aanpasbaar productiesysteem nodig om concurrerend te blijven. Dit is de enige manier waarop ze efficiënt op maat gemaakte producten kunnen maken. En snel kunnen reageren op verstoringen zoals bottlenecks in de toeleveringsketen.” Dat zegt Jan Mertes, onderzoeksmedewerker aan het Institute for Manufacturing Technology and Production Systems. Productie kan dit prestatieniveau bereiken door digitalisering en een hoge mate van interconnectiviteit tussen de verschillende machines en apparaten. Deze interconnectiviteit maakt nieuwe, intelligente oplossingen mogelijk voor productiecontrole, planning en systeeminteractie.

Ultra-betrouwbare communicatie met lage latentie

Huidige, draadloze oplossingen voldoen niet aan deze eisen of zijn niet compatibel met andere communicatiearchitecturen vanwege hun eigen ontwerp. “De besturing van productiemachines stelt extreem hoge eisen aan de latency in het bijzonder. Dat wil zeggen de tijd die signalen nodig hebben om van de zender naar de ontvanger te reizen,” zegt Daniel Lindenschmitt, onderzoeksmedewerker bij de afdeling voor draadloze communicatie en navigatie. Samen met Mertes doet hij onderzoek naar 6G-concepten. “Het gaat er niet alleen om hoe lang de vertraging is. De aankomsttijd van het signaal moet ook voorspelbaar en dus betrouwbaar zijn. Met andere woorden, ons onderzoek houdt zich bezig met wat bekend staat als ‘ultra-betrouwbare communicatie met lage latentie’. Deze visie zou uiteindelijk werkelijkheid moeten worden met de 6G mobiele telefoonstandaard.”

6G

De twee onderzoekers gebruiken draadloze netwerken-in-netwerken (NiN) voor hun concept. Dit is een gespecialiseerde architectuur die voldoet aan de verschillende vereisten van verschillende industriële toepassingen door subnetwerken te integreren in een holistische 6G-architectuur.

Lindenschmitt en Mertes combineren hun resultaten over NiN, ook bekend als underlay-netwerken, in een demonstrator. “We hebben een CNC-freesmachine ontwikkeld die wordt bestuurd met een gesloten regelkring – een zeer complexe toepassing. Tot nu toe was de hardware van besturingscomponenten via draden verbonden met productiemachines en -systemen. Ons concept maakt nu de virtualisatie van besturingscomponenten van de freesmachine mogelijk dankzij de communicatie met lage latency en de betrouwbaarheid van de signaaloverdracht.”

Demonstrator

Op de Hannover Messe presenteerden de twee onderzoekers een eenvoudig voorbeeld om de invloed van verschillende eigenschappen van netwerken op besturingstechnologieën te illustreren. Ze lieten een omgekeerde slinger zien waarvan de besturing is geïntegreerd in een NiN-systeem. Om rechtop te blijven staan is een betrouwbare en extreem snelle signaaloverdracht nodig. “Hierdoor kunnen geïnteresseerden direct ervaren wat de voordelen zijn van NiN-systemen en wat we willen bereiken met ons 6G-onderzoek,” vat Lindenschmitt samen.

Deelproject in de “Open6GHub

Het project maakt deel uit van de “Open6GHub”. Dat is een project gefinancierd door het Federale Ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF). Professor Dr.-Ing. Hans D. Schotten, hoofd van het Instituut voor Draadloze Communicatie en Navigatie aan de Universiteit Kaiserslautern-Landau en hoofd van de onderzoeksafdeling Intelligente Netwerken aan het Duitse Onderzoekscentrum voor Kunstmatige Intelligentie (DFKI), coördineert het project. Het Instituut voor Productietechnologie en Productiesystemen van de Universiteit Kaiserslautern-Landau, geleid door Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich, draagt ook zijn expertise bij. Naast de RPTU en DFKI zijn ook andere universiteiten en onderzoeksinstituten betrokken bij het Open6GHub project.

6G-infrastructuur

Binnen deze onderzoeksalliantie willen de partners bijdragen aan de ontwikkeling van een algemene 6G-architectuur en ook end-to-end oplossingen lanceren op de volgende gebieden: Uitgebreide netwerktopologieën met zeer wendbare zogenaamde organische netwerken, beveiliging en veerkracht, Thz en fotonische transmissiemethoden, integratie van sensorfunctionaliteiten in de netwerken en hun intelligente gebruik en verdere verwerking en toepassingsspecifieke radioprotocollen.

Samenwerking

De onderzoekers staan open voor dialoog en samenwerking: “We zijn op zoek naar een vroegtijdige en interactieve dialoog met het publiek en zijn evenzeer bereid tot samenwerking met de industrie en gebruikers,” zegt Schotten. “Om dit te bereiken zullen we open laboratoria en open experimentele velden installeren. En last but not least willen we een open innovatiesysteem bevorderen door het MKB en start-ups en hun resultaten erbij te betrekken.”

Openingsfoto: Afbeelding van Gerd Altmann via Pixabay

Lees ook: Nederlandse bedrijven worden steeds efficiënter dankzij digitalisering