{"id":34740,"date":"2026-08-20T09:09:45","date_gmt":"2026-08-20T07:09:45","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=34740"},"modified":"2026-08-20T09:09:47","modified_gmt":"2026-08-20T07:09:47","slug":"chip-happens-wie-energy-harvesting-und-halbleiter-nahrung-sichern","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/360-mikroelektronik\/chip-happens-podcast\/chip-happens-wie-energy-harvesting-und-halbleiter-nahrung-sichern\/","title":{"rendered":"Chip Happens-Podcast, Staffel 4, Folge 10<\/strong> | Weltern\u00e4hrung sichern mit Mikroelektronik"},"content":{"rendered":"\n

<\/p>\n\n\n\n

Der Podcast \u00bbChip Happens \u2013 Kleine Dinge, die alles ver\u00e4ndern\u00ab von Chipdesign Germany beleuchtet die Bedeutung von Mikroelektronik, Sensorik, Funktechnologien und k\u00fcnstlicher Intelligenz f\u00fcr die Bew\u00e4ltigung gesellschaftlicher, wirtschaftlicher und technologischer Herausforderungen. In der vierten Staffel mit dem Titel \u00bbFarm to Fork\u00ab steht die gesamte Wertsch\u00f6pfungskette der Ern\u00e4hrung im Fokus. Die Staffel untersucht, wie technologische Innovationen von der landwirtschaftlichen Erzeugung \u00fcber die Verarbeitung bis zum Endverbrauch dazu beitragen k\u00f6nnen, die Lebensmittelproduktion und -versorgung langfristig zu sichern.<\/p>\n\n\n\n

\n \n
\n
\n
\n \n \n \"\"\n <\/picture><\/div><\/div><\/div>
©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Staffel 4, Folge 10 | Weltern\u00e4hrung sichern mit Mikroelektronik<\/h2>

 <\/p>\n

Diese Folge widmet sich der Frage, wie sich der Welthunger mithilfe moderner Technologie bek\u00e4mpfen l\u00e4sst. Die weltweite Landwirtschaft steht durch Klimawandel und ausgelaugte B\u00f6den vor gewaltigen Herausforderungen. Gleichzeitig fehlen Landwirten bislang h\u00e4ufig die Mittel, um Felder hochpr\u00e4zise und bedarfsgerecht zu bewirtschaften. Wie k\u00f6nnen wir B\u00f6den also k\u00fcnftig auf molekularer Ebene verstehen und Sensoren fl\u00e4chendeckend sowie wartungsfrei einsetzen? Dr. Martin Maiwald vom Ferdinand-Braun-Institut (FBH)<\/strong><\/a> und Dr. Peter Spies vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Integrierte Schaltungen IIS<\/strong><\/a> erl\u00e4utern im Gespr\u00e4ch mit Sven Oswald, wie neuartige Laserchips f\u00fcr die Bodenanalyse und energieautarkes \u00bbEnergy Harvesting\u00ab<\/strong> v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Landwirtschaft er\u00f6ffnen. Dabei wird deutlich: Mikroelektronik allein wird das Problem nicht l\u00f6sen, aber sie liefert entscheidende Bausteine f\u00fcr eine nachhaltige und ressourcenschonende Ern\u00e4hrung der Zukunft.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Worum geht es in der Folge?<\/h2>\n\n\n\n
\n
\n \n
\n \n \n \n \n \n \n

Dr. Martin Maiwald \u00fcber mobile Bodenanalyse mittels Ramanspektroskopie<\/h3><\/span><\/th>\n <\/tr>\n \n

\n

Situation:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Um den Zustand von B\u00f6den in der Landwirtschaft zu verstehen, braucht es mehr Messungen auf den \u00c4ckern auf molekularer Ebene. Neben Elementanalysen und pH-Wert-Messungen ist die Unterscheidung spezifischer Molek\u00fcle f\u00fcr Landwirt:innen entscheidend, beispielsweise zur Bestimmung des anorganischen oder organischen Kohlenstoffgehalts. Ben\u00f6tigt wird daher eine mobile, molek\u00fclspezifische Messmethode. Diese Aufgabe haben sich Forschende am Ferdinand-Braun-Institut im Verbundprojekt \u00bbi4S\u00ab<\/a> (Intelligence for Soil)<\/strong> unter Koordination des Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik und Bio\u00f6konomie (ATB)<\/a> und gef\u00f6rdert vom BMFTR<\/a> gestellt. Als geeignete Methode dient die Ramanspektroskopie<\/strong>, bei der Laserlicht an Molek\u00fclen gestreut wird. Da jedes Molek\u00fcl durch den Energieverlust des Lichts charakteristische Schwingungen ausf\u00fchrt, entsteht ein einzigartiges Ramanspektrum. Die Methode ist kontaktlos, zerst\u00f6rungsfrei und f\u00fcr feste, fl\u00fcssige sowie gasf\u00f6rmige Proben geeignet.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

Problemstellung:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Der Raman-Effekt ist sehr schwach: Es werden etwa eine Million Laserphotonen ben\u00f6tigt, um ein einziges Ramanphoton zu erzeugen. Zudem st\u00f6ren Tageslicht und Fluoreszenz die Messungen vor Ort im Feld massiv, was den Einsatz au\u00dferhalb des Labors bisher enorm erschwert hat.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

L\u00f6sungsans\u00e4tze \/ Innovationspotenziale:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Am FBH wurden\u00a0neuartige Halbleiter-Diodenlaser<\/strong> mit ma\u00dfgeschneiderten Funktionalit\u00e4ten entwickelt. Dank der speziellen Eigenschaften dieser Laserchips lassen sich die schwachen Ramansignale physikalisch von St\u00f6rsignalen und Umgebungslicht trennen. Dies erm\u00f6glichte erstmals den erfolgreichen Nachweis, dass die Ramanspektroskopie als spezifische Analysemethode direkt vor Ort im Boden eingesetzt werden kann. Die Forschenden integrierten das Messsystem in eine mobile Messplattform des Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik und Bio\u00f6konomie (ATB)\u00a0und realisierten damit weltweit erste Ramanmessungen direkt w\u00e4hrend der Fahrt \u00fcber das Feld. Basierend auf diesen hochaufgel\u00f6sten Daten l\u00e4sst sich die exakte Verteilung von Substanzen kartieren und ein intelligentes Bodenmanagement umsetzen.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

Weiterer Forschungs-\/Entwicklungsbedarf:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Werden Landmaschinen k\u00fcnftig mit dieser Technologie ausger\u00fcstet, k\u00f6nnen Landwirte jeden Quadratmeter Ackerfl\u00e4che in Echtzeit bedarfsgerecht mit N\u00e4hrstoffen, D\u00fcnger oder Wasser versorgen. Die Anwendungspotenziale reichen jedoch \u00fcber den Boden hinaus: Die Messmethode l\u00e4sst sich ebenso in der Lebensmittelanalyse<\/strong>, z. B. in Molkereien, oder in der Medizin einsetzen, wo die Technologie im Rahmen des Innovationscampus Elektronik und Mikrosensorik \u00bbiCampus\u00ab<\/a><\/strong> in Cottbus bereits erfolgreich in einer medizinischen Studie zur Analyse von Gewebe und Tumorkanten bei Tumorpatienten erprobt wurde.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n <\/table>\n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n\n\n

\n
\n \n
\n \n \n \n \n \n \n

Dr. Peter Spies \u00fcber autarke Sensorik in der Landwirtschaft mittels Energy Harvesting<\/h3><\/span><\/th>\n <\/tr>\n \n

\n

Situation:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

F\u00fcr ein pr\u00e4zises Umwelt- und Bodenmanagement – etwa zur Ermittlung von Bodenfeuchtigkeit oder N\u00e4hrstoffen – werden fl\u00e4chendeckend Sensoren ben\u00f6tigt. Daten bilden die essenzielle Grundlage f\u00fcr k\u00fcnstliche Intelligenz und moderne Landwirtschaft. Bislang werden Sensoren meist \u00fcber Batterien oder Kabel mit Strom versorgt.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

Problemstellung:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Kabelgebundene L\u00f6sungen sind auf Feldern, in W\u00e4ldern oder an beweglichen Objekten schlicht unm\u00f6glich, verursachen hohe Kosten und bergen Stolpergefahren. Batterien wiederum erzeugen einen erheblichen Wartungsaufwand: Sie m\u00fcssen regelm\u00e4\u00dfig ausgetauscht werden, was durch Personaleinsatz und schwierige Zug\u00e4nglichkeit oft 100 bis 200 Euro pro Tausch kostet. Zudem verbraucht das Versenden von Daten meist ein Vielfaches an Energie im Vergleich zur reinen Messung.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

L\u00f6sungsans\u00e4tze \/ Innovationspotenziale:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Um den hohen Wartungs- und Verkabelungsaufwand von Sensoren auf Feldern oder an unzug\u00e4nglichen Orten zu l\u00f6sen, setzen Dr. Peter Spies und sein Team am Fraunhofer IIS auf \u00bbEnergy Harvesting\u00ab.<\/strong> Diese Technologie nutzt verf\u00fcgbare Umgebungsenergie – wie Licht, Temperaturunterschiede oder Vibrationen -, um kleine elektrische Verbraucher direkt vor Ort autark und wartungsfrei zu versorgen. Wie vielseitig diese Technologie eingesetzt werden kann, zeigen praxisnahe Entwicklungen wie das energieautarke, modulare Trackingsystem ENTRAS<\/strong><\/a>, das Energy Harvesting zur kontinuierlichen Lokalisierung und Zustands\u00fcberwachung von G\u00fctern, Personen oder Tieren nutzt. Da Umweltenergiequellen oft nur geringe Strommengen liefern, greift ein durchdachtes Gesamtkonzept: Der Sensor sammelt \u00fcber l\u00e4ngere Zeit Energie, misst in Intervallen und versendet die Daten sparsam \u00fcber LPWAN-Technologien, wie mioty\u00ae<\/strong><\/a>, \u00fcber Distanzen von bis zu 15 Kilometern. Erg\u00e4nzt wird dies durch KI direkt auf dem Sensorknoten (Edge AI): Statt energieintensiver Rohdaten verarbeitet der Sensor die Informationen lokal und \u00fcbertr\u00e4gt nur aufbereitete Erkenntnisse oder Abweichungen, was den Strombedarf auf ein Minimum reduziert.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

\n

Weiterer Forschungs-\/Entwicklungsbedarf:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

\n

Innerhalb aktueller F\u00f6rderprojekte arbeiten Dr. Peter Spies und sein Team daran, die KI auf den Sensoren noch intelligenter zu machen, sodass sie sich vor Ort selbst nachlernen kann (Training on the Edge). Das ist n\u00f6tig, da sich Umweltbedingungen und Maschinenzust\u00e4nde \u00fcber die Jahre ver\u00e4ndern. K\u00fcnftig k\u00f6nnten z. B. auch autarke Sensoren in gro\u00dfer Zahl aus Flugzeugen abgeworfen werden, um beispielsweise Waldbr\u00e4nde fr\u00fchzeitig zu erkennen oder fl\u00e4chendeckende Boden- und Klimadaten in bisher unzug\u00e4nglichen Regionen zu erfassen.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n <\/table>\n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n\n\n

Der Einsatz von Mikroelektronik in der Landwirtschaft steht erst am Anfang, bietet aber schon heute bahnbrechende L\u00f6sungsans\u00e4tze f\u00fcr eine nachhaltige Nahrungsversorgung. Mithilfe von molekularer Laser-Sensorik und energieautarken Systemen k\u00f6nnen k\u00fcnftig exakte Boden- und Umweltdaten gewonnen werden, die weit \u00fcber konventionelle Analysemethoden hinausgehen. Die vollst\u00e4ndige Podcast-Episode steht auf Spotify zum Abruf bereit:<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n