Was sind Eingebettetete Systeme?

Unter einem eingebetteten elektronischen System (engl. Embedded System) versteht man einen, im technischen Kontext eingebundenen Rechner, der meist spezielle Anforderungen an Größe, Kosten und Energieverbrauch erfüllen muss. Eingebettete Systeme sind in vielen Dingen des täglichen Lebens (PKW, Haushaltsgeräte, Telefone, MP3-Player usw.) integriert und verrichten dort unbemerkt wichtige steuer-, regel- und informationsverarbeitende Aufgaben. Aus dem heutigen Lebens sind sie nicht mehr wegzudenken.

Eingebettete Systeme sind an eine ganz bestimmte Aufgabe angepasst. Dies unterscheidet sie ebenso von „normalen“ Desktop-PC`s, die als Vielzweckrechner eingesetzt werden können und eine ganze Reihe von Aufgaben übernehmen – von der E-Mail über Musik und Film bis zu Simulationen und Berechnungen. Um die Kosten bei eingebetteten Systemen gering zu halten, wird die Hardware auf die Hauptaufgabe ausgerichtet und die Software darauf optimiert. Gerade bei mobilen Geräten, die etwa über Batterien mit Strom versorgt werden, ist eine geringe Leistungsaufnahme bei optimaler Ressourcenausnutzung essentiell. Meist werden daher andere Hardwarekomponenten verwendet als in Vielzweckrechnern.

Was man als Cyber Physical Systems (CPS) bezeichnet

In letzter Zeit kursiert in der Fachwelt häufig der Begriff „Cyber-physical Systems CPS“. CPS bestehen meist aus vielen vernetzten Komponenten, die sich selbständig untereinander koordinieren. Oft sind diese Komponenten selbst eingebettete Systeme. CPS werden daher gelegentlich auch als „Systems of Systems“ bezeichnet, weil in der Regel das Gesamtsystem aus mehreren z.T. autonomen Einzelsystemen besteht.

Klassische Computerprogramme zeichnen sich durch eine strikte Trennung von realer und virtueller Welt aus. Moderne Steuerungssyteme, die z.B. in modernen Fahrzeugen verbaut sind und die aus einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren bestehen, entsprechen diesem Bild nur sehr eingeschränkt. Diese Systeme, oft „Cyper-physical Systems (CPS)“ genannt, erkennen ihre physische Umgebung, verarbeiten diese Informationen und können die physische Umwelt auch koordiniert beeinflussen. Hierzu ist eine starke Kopplung von physischem Anwendungsmodell und dem Computer-Steuerungsmodell nötig. Im Unterschied zu eingebetteten Systemen bestehen CPS meist aus vielen vernetzten Komponenten, die sich selbständig untereinander koordinieren.

Geprägt wurde der Begriff vor allem in den USA, durch ein Förderprogramm der National Science Foundation (NSF), das seit 2006 Arbeiten auf den Gebieten sensor-basierter autonomer Systeme, verteilter Robotik, autonomer Fahr- und Flugzeuge sowie der medizinischen Überwachung (insbesondere „Ambient Assisted Living“, d.h. die medizinische Überwachung durch eine Vielzahl von Sensoren und Systemen, die in Alltagsgeräte im täglichen Leben integriert sind und vor allem älteren Menschen länger ein weitgehend unabhängiges Leben in den eigenen vier Wänden ermöglichen), durchführt. Ein interessantes und anschauliches Beispiel findet man beim Distributed Robotics Garden des MIT, einem autonomen Treibhaus, welches von mehreren autonomen Robotern versorgt wird. Dabei melden Sensoren in den Pflanztöpfen Wasserbedarf an. Die Roboter koordinieren sich untereinander, so dass die Versorgung sichergestellt wird. Gleichzeitig überprüfen die Roboter die Reifezustände der Früchte und ernten bei Bedarf.