Umwelt- und Landwirtschaftsmonitoring mit minituarisierten, integrierten Sensorsystemen und Solarbatterien auf dem RFID-TAG

Das Ziel des Projektes Sens4Bee ist mithilfe verschiedener RFID-basierter Sensoren in Bienenstöcken und an Einzeltieren genügend Daten zu erheben, um das Bienenwohl in Verbindung mit Umweltereignissen und Umweltparametern analysieren zu können. Zu diesem Zweck entwickelt die Firma Micro-Sensys GmbH  ein Sensorsystem zur Erfassung von Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und akustischen Signalen im Bienenstock. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ verarbeitet die gesammelten Daten und analysiert deren Bedeutung für den Gesundheitszustand der Bienenvölker.

Zudem entwickelt das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zusammen mit der Micro-Sensys GmbH Sensoren, die eine neue Mikrobatterie-Technologie und Micro Energy Harvesting in einem System verbinden. An Bienen angebracht dienen diese Sensoren der Bestimmung von Temperatur, Helligkeit und Flugbewegung. Die gesammelten Daten werden im Anschluss in einer intelligenten Cloud-Lösung mit Analysetools bearbeitet und dargestellt. Um die gewonnenen Daten für praktische Managementoptionen in der Imkerei zur Verfügung zu stellen, liegt ein weiterer Schwerpunkt des Projektes auf einer smarten Verarbeitung, welche die Imkernden mit konkreten Handlungsempfehlungen versorgt. Für die angewandte Forschung werden die individuell erfassten Einzeltier- und Bienenstockdaten mit Umweltereignissen verknüpft, um beispielsweise die Bewertung von Umweltchemikalien zu verbessern.

Des Weiteren entwickelt das Fraunhofer IZM mittels Silizium-Technologie eine extrem kleine Lithiumbatterie und ein Solarmodul. Diese werden von der Firma Micro-Sensys GmbH mit kleinsten Sensor-Transpondern und Sensor-Datenloggern mit RFID-Schnittstelle in ein so kleines und leichtes Modul integriert, dass es von Bienen auf dem Rücken getragen werden kann. Das Gesamtgewicht liegt zwischen zwei und zehn Milligramm und wird mittels eines biokompatiblen Klebers direkt in der ersten Entwicklungsphase der Bienen auf tierfreundliche Weise angebracht. Die Erfahrungen mit den bisher verwendeten passiven RFID-Chips haben gezeigt, dass Elektronikbauteile dieser Größenordnung das Verhalten der Bienen nicht beeinträchtigen oder verändern.

Mit der Silizium-Wafer-Level-Technologie können Hunderte von kleinsten Batterien gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt werden. Im Gegensatz zu bisher üblichen Knopfzellen mit Metallgehäusen wird das sehr viel leichtere Silizium als Gehäusematerial verwendet. Das Ziel der Forschenden ist dabei, das System über die Flugdauer der Biene mit der Energie der Batterie zu versorgen.

Die Aufladung erfolgt während der Flugphase durch Tageslicht. Im Bienenstock wird die Batterie mittels Infrarotlicht aufgeladen.

Seit dem Projektstart vor wenigen Monaten liegt der Fokus klar auf der technischen Entwicklung einer integrativen Lösung für Bienenstöcke, einer individuellen Sensorik sowie auf der automatisierten Auswertung, welche den Imkernden ein leicht zu bedienendes Werkzeug zur Verfügung stellen wird. Über diesen praktisch-orientierten Kundenkreis hinaus ist davon auszugehen, dass auch weitere Bienen- und Umweltinstitute sowie nationale und internationale Forschungsverbünde gewonnen werden können¹.

(¹Dem Bienensterben mit energieautarken Sensoren auf der Spur - Fraunhofer IZM)