Greenerwave

Die weltweit ersten intelligenten Oberflächen für RFID-Systeme

Greenerwave bringt 2023 selbstinventarisierende RFID-Lösung für die Logistik auf den Markt

Funkwellen auf Oberflächen

Erste Tests im Labor wurden so lange prosperiert bis am Ende hochperformante, intelligente Oberflächen gefertigt werden konnten. Die intelligenten Oberflächen ermöglichen innovative Anwendungen für RFID-Systeme und leistungsstarke 5G-Antennen.

Intelligente Oberflächen eignen sich für Selbstbedienungsautomaten oder Verkaufsautomaten mit Kühlschränken, wo sie auf jedem Regal installiert sein können. Die Lesegenauigkeit erreicht in fast allen OpenIT solutions 100 %.

Greenerwave

Gründungsjahr: 2015
Firmensitz: Paris
Mitarbeiter (2022): 50
Umsatz (2022): 3,7 Millionen Euro

Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen in RFID-Modulen und Antennen.

Die Wurzeln des französischen Elektronikunternehmens Greenerwave Greenerwave liegen in der wissenschaftlichen Erforschung von Funkwellen im Kontext von Umgebungsmaterialien und Oberflächen, auf die sie treffen. Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Kontrolle und Lenkung von elektromagnetischen Wellen. Zu diesem Zweck entwickelt Greenerwave bereits seit 2013 intelligente Oberflächenmaterialien im Zusammenspiel mit konventionellen Leiterplatten.

Programmierbare RFID-Anwendungen, Antennen für die Satellitenkommunikation und Radarmodule für die Automobilbranche gehören zu den anfänglichen Prototypen. Das erste marktreife Produkt, eine selbstinventarisierende RFID-Lösung für Lieferdienste und Speditionen, wird 2023 eingeführt.

Institut Langevin

Am Institut Langevin in Paris, das aus der Hochschule für angewandte Physik und Chemie (ESPCI) und dem Grundlagenforschungsverbund CNRS hervorgegangen ist, arbeiteten die Gründer von Greenerwave Mathias Fink und Geoffrey Lerosey seit 2008 zusammen.

Geoffrey Lerosey konzentrierte sich in seiner wissenschaftlichen Arbeit auf die Beeinflussung von elektromagnetischen Wellen und suchte nach Lösungen, sie bestmöglich und energieeffizient zu kontrollieren. Konkret forschte er an der Entwicklung von neuen Materialien zur Steuerung und an Algorithmen zur Kontrolle von elektromagnetischen Wellen.

Geoffrey Lerosey, CEO von Greenerwave, neben intelligenten Oberflächen von Greenerwave.

In Büros und Wohnhäusern können intelligente rekonfigurierbare Oberflächen die WLAN-Abdeckung verstärken.

Die Ursprungsidee 2013: Smart Electromagnetic Home

„Meine Vison basierte bereits 2013 auf der Idee, intelligente elektromagnetische Umgebungen zu schaffen“, erklärt Geoffrey Lerosey. „Intelligente akustische und thermische Häuser existierten bereits. Warum sollten also intelligente elektromagnetische Häuser nicht auch möglich sein.“

Ursprünglich strebte Geoffrey Lerosey vor allem an, die Störanfälligkeit von lokalen Funknetzen (WLAN) mit intelligenten elektromagnetischen Materialien zu verbessern. Das WLAN-Signal in geschlossenen Räumen sollte bei gleichbleibendem Energieverbrauch verstärkt werden. Wände in Bürogebäuden und Wohnhäusern wurden als mögliche Einsatzbereiche für das intelligente elektromagnetische Oberflächenmaterial anvisiert.

Unternehmensgründung in 2015

Um einen Prototypen zu entwickeln, gründeten Mathias Fink und Geoffrey Lerosey 2015 das Unternehmen Greenerwave.

Die Produktentwicklung war herausforderd, denn intelligente Oberflächen sind nur ein Teil der gesamten Infrastruktur von Gebäuden. Zahlreiche Player sind an der Bereitstellung und Wartung der technologischen Infrastruktur beteiligt. Beginnend beim Gebäudeeigentümer über die Materiallieferanten bis hin zu den Betreibern des Netzwerks sind die Zuständigkeiten auf unterschiedliche Entscheider verteilt. Das Geschäftsmodell ließ sich am Ende nicht umsetzen.

Erste Versuche mit Leiterplatten

2017 stand fest, dass sich die Ausrichtung des Unternehmens ändern muss. Die Gründer suchten nach einem Bereich mit ähnlicher Technologie. Mögliche Anwendungsbereiche, die sie fanden, waren RFID und Antennen für verschiedene Kommunikationsanwendungen.

Druchbruch mit Leiterplatten

Funktion von elektromagnetischen Oberflächen

Die Oberflächen funktionieren wie ein Spiegel, der aus zahlreichen kleinen Spiegeln besteht, die sich bewegen lassen. Je nach Anordnung der einzelnen Spiegelelemente verformt sich das Bild. Genau dasselbe passiert mit elektromagnetischen Wellen: wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Oberfläche trifft, wird sie gemäß des Eintrittswinkels reflektiert.

„Die Oberfläche ist so beschaffen, dass wir mit der Welle genau das tun können, was wir wollen“, erklärt Geoffrey Lerosey. „Wir können die Oberfläche nutzen, um die Welle in eine bestimmte Richtung zu lenken, um sie in alle Richtungen zu streuen oder in zwei Richtungen zu bündeln.“ All das geschieht mit der Geschwindigkeit der Elektronik, also in Echtzeit. Die Technologie eignet sich für Beam Forming und zum Einsatz als Antenne.

Basismaterial: Leiterplatten

Herkömmliche Leiterplatten bilden das Basismaterial, mit dem Greenerwave arbeitet. Die Oberflächen bestehen aus einer Vielzahl identischer Einheitszellen (aus Leiterplatten). Jede dieser Einheitszellen fungiert wie eine kleine RFID-Antenne, die einzeln angesprochen und eingestellt wird.

Wenn eine Welle eintrifft, agiert die Oberfläche genau so, wie die Zellen programmiert wurden. Es kann sich beispielsweise das Vorzeichen der reflektierten Welle ändern, je nachdem, ob Strom auf der Zelle liegt oder nicht. Da die Beeinflussung auf der gesamten Oberfläche reproduziert wird, ergibt sich eine effiziente Steuerung elektromagnetischer Wellen über eine größere Fläche.

Geringer Materialbedarf

Der Materialbedarf ist insgesamt weder groß, noch sind die Materialien teuer. Wie viele Einheitszellen benötigt werden, hängt von der Frequenz ab. Beträgt die Wellenlänge im Zentimeter-Bereich unter 1 Gigahertz beispielsweise 30 Zentimeter, dann ist das Leiterplatten-Modul 15 cm lang. Im Millimeter-Bereich ist das RFID-Modul auch nur ein bis wenige Millimeter lang. Für höhere Frequenzen könnten andere Leiterplatten-Materialien mit höherer Leitfähigkeit erforderlich sein.

Günstige RFID-Option

Zur Zeit werden die einzelnen Module noch mit Kabeln verbunden. Geoffrey Leroseys möchte zukünftig zu gedruckter Elektronik auf Kunststoff oder zur Herstellung von Inlays übergehen. Die Oberflächen sollen so preiswert wie RFID-Etiketten sein.

Die intelligenten Oberflächen sind in Echtzeit programmierbar. Die Lesegenauigkeit erreicht in fast allen OpenIT solutions 100 %.

Ein Versuchsaufbau zur Testung von Oberflächenmaterialien. In der Mitte ist eine Antenne zu sehen.

Vom Labor in die RFID-Welt

Die intelligenten Oberflächen ermöglichen innovative Anwendungen für RFID-Systeme und leistungsstarke 5G-Antennen.

Eine Vielzahl von Anwendungen sind mit intelligenten Oberflächen möglich.

Getaggte Medikamente in Medikamentenboxen werden mit intelligenten Materialien in den Boxen erfasst.

Vorstoß in die RFID-Technik

RFID ist vom technischen Standpunkt aus gesehen einfach umzusetzen. Die intelligenten Materialien im RF-System von Greenerwave zwingen die Funkwellen geradezu, Innenräume gründlicher zu erkunden als ein festes Lesegerät. Nach nur wenigen Sekunden sind hunderte von RFID-Tags komplett erfasst. Das maximiert die Zuverlässigkeit und Genauigkeit von RFID. Gleichzeitig bleiben die Kosten gering.

RFID-Anwendungsbereiche

Intelligente Oberflächen eignen sich für Selbstbedienungsautomaten oder Verkaufsautomaten mit Kühlschränken, wo sie auf jeder Regalebene installiert sein können. Für andere schwer auszulesende Volumina wie beispielsweise Medikamentenboxen, in denen sich eine Menge gekennzeichneter Medikamente befinden können, eignen sie sich auch.

Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in industriellen Anwendungen mit sehr kleinen metallischen Umgebungen, in denen RFID-Tags schwer auszulesen sind. Größere metallische Umgebungen sind ein Anwendungsbereich, beispielsweise Nutzfahrzeuge mit viel (metallischem) Laderaum, die in der Lage sind, sich selbst zu inventarisieren.

Seit zwei Jahren arbeitet Greenerwave zusammen mit einem großen Automobilhersteller in Frankreich an dieser Lösung.

Antennen-Anwendungen

Die ursprüngliche Idee von Greenerwave hat jetzt mehr Zugkraft im Bereich der drahtlosen Kommunikation. Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen erhalten in diesem Feld derzeit viel Aufmerksamkeit und Förderung. Das europäische Standardisierungsinstitut ETSI bezeichnet rekonfigurierbare intelligente Oberflächen als neue drahtlose Technologie zur dynamischen und zielgerichteten Steuerung der Funksignale zwischen einem Sender und einem Empfänger.

Dadurch wird die drahtlose Umgebung an sich zu einem Dienst. Große Mobilfunknetze wie Orange und Nokia sind ebenfalls an der Technologie interessiert, weil sich die Materialien sehr gut als Antennen nutzen lassen. Im Hochfrequenzbereich (30 GHz oder 77 GHz) werden Antennen geformt und kleine Module mit der intelligenten Oberfläche darin hergestellt.

Beamforming in Echtzeit und der Einsatz als 5G-Antenne, als Antenne für Satellitenkommunikation und für 4D-Radar gehören zum Leistungsspektrum.

Lösungen von Greenerwave

Zugang zum Smart Fridge von OpenIT Solutions erfolgt per NFC, die Erfassung der Speisen mit UHF-RFID.

Lieferdienste benötigen eine verlässliche und schnelle Inventarisierung.

entAnbieter von Selbstbedienungsautomaten, Spediteure und KEP-Dienstunternehmen profitieren von Greenerwaves RFID-Lösungen.

RFID in den Smart Fridges von OpenIT Solutions

OpenIT Solutions ist ein französischer Anbieter von vernetzten Kühlschränken mit Sitz in Nantes. Das Unternehmen betrachtet den vernetzten Kühlschrank als eine rund um die Uhr zugängliche Verpflegungsstelle für frische Lebensmittel, die von Restaurants zubereitet werden. Einige hundert intelligente Selbstbedienungskühlschränke und die Lebensmittel in ihnen werden pro Jahr an Kunden in verschiedenen Unternehmen ausgeliefert.

Schnell fiel auf, dass die RFID-Erkennung bei der Entnahme nicht bei 100 % lag. Ungefähr 5 % der entnommenen Lebensmittel konnten nicht erfasst und auf ein Nutzerkonto gebucht werden. OpenIT Solutions hat so stetig Einnahmen verloren und sich deshalb an Greenerwave gewandt. Die intelligenten Materialien bilden eine zusätzliche RFID-Lösung, die sich in den Regalen befindet und jede Transaktion erfasst. Die Erfassungsquote liegt nun bei fast 100 %.

RFID-System für Ladebereiche im Kleintransporter oder LkW

Ein Autohersteller trat vor einigen Jahren an Greenerwave mit der Bitte heran, eine selbstinventarisierende RFID-Lösung für Laderäume zu entwickeln.

Im Laderaum besteht die Herausforderung darin, dass er im Wesentlichen ein großer Metallkasten ist und die RFID-Erkennung daher unzureichend gut funktioniert. Die großen RFID-Anbieter, an die sich der Autohersteller zuerst gewandt hatte, boten lediglich an, einen zusätzlichen großen RFID-Reader zu installieren, was für Laderäume nicht praktikabel ist.

Zudem ist der Preis eines leistungsstarken Readers außerordentlich hoch. Die RFID-Lösung von Greenerwave besteht aus vielen Einheitszellen, die mit Kabeln verbunden sind und das intelligente Material bilden. Es befindet sich an der Decke des Laderaums. Das RFID-Modul liest das gesamte Volumen innerhalb kürzester Zeit mehrmals und erfasst 100 % der vorhandenen Tags. Die Selbstinventarisierung fährt hoch, wenn der Motor startet. Hat ein Monteur beispielsweise ein Werkzeug beim Kunden vergessen, dann informiert ihn das RFID-System noch vor der Abfahrt. Er kann es einsammeln, ohne wertvolle Arbeitszeit zu verlieren. Kurier-Express-Paket-Dienstunternehmen wie UPS und Lieferdienste wie Amazon können sehr schnell inventarisieren. Die Markteinführung erfolgt 2023.

Das System ist enorm günstig. Ab der zweiten Generation wird die Lösung drahtlos und noch erschwinglicher sein.

Zukünftige Lösungen von Greenerwave

System für die Satellitenkommunikation

In der Satellitenkommunikation befinden sich die Antennen auf dem Boden; der Satellit umkreist die Erde. In der Regel werden für eine Satellitenantenne viele kleine RF-Quellen synchronisiert und auf den Satelliten ausgerichtet. Diese Hardware ist teuer: viele leistungsfähige Halbleiter sind verbaut, teure Entwicklungsarbeit wurde geleistet und die Verbindung aller Komponenten zu einer Antenne ist kostspielig.

Zudem verbraucht so ein System viel Energie. Das Satellitensystem von Greenerwave hingegen verwendet einen konventionellen Sender/Empfänger und verwandelt ihn durch die Kombination mit intelligenten Materialien in eine intelligente Antenne. Auch hier sind die Kosten für die Lösung viel niedriger als bei der herkömmlichen Lösung. Außerdem werden weniger Verstärker benötigt.

Die Antenne wird 2024 auf den Markt kommen. Die Entwicklungsarbeit wurde vom französischen Verteidigungsministerium und dem französischen Zentrum für Raumfahrt finanziert.

4D-Radar mit Plastic Omnium

Die Kerntechnologie von Greenerwave wird zukünftig im 4D-Radarsystem in Autos der Marke Plastic Omnium zum Einsatz kommen. Das Antennenmodul tastet sehr schnell die Umgebung in den Dimensionen Entfernung, Geschwindigkeit, Horizontalwinkel und Höhe ab.

Plastic Omnium ist ein weltweit agierendes Technologieunternehmen im Bereich New Mobility. Die Materialien, die Plastic Omnium einsetzt, ermöglichen eine Gewichtsreduzierung und sind durchlässig für Funkwellen.

Greenerwave stellt Software-konfigurierte Antennen für die Satellitenkommunikation her.

Eine Lösung zur Bestandserfassung im Mode-Einzelhandel ließe sich schnell umsetzen.

Die Markteinführung des 4D-Antennenmoduls von Greenerwave und Plastic Omnium erfolgt 2026

Das bildgebende 4D-Radar, das Greenerwave mit Plastic Omnium entwickelt, weist eine 10-mal höhere Winkelauflösung als herkömmliche Radarsysteme auf und verbessert die Erkennungsfähigkeit der Fahrzeugumgebung auf bis zu 300 m. Es wird die Entwicklung autonomer Fahrzeuge maßgeblich unterstützen. Für Greenerwave ist das 4D-Radarsystem die bisher komplexeste Lösung. Die Markteinführung ist für 2026 geplant.

Mögliche Einzelhandelslösung

Bisher konzentriert sich Greenerwave auf Lösungen für kleine Räume. Denn es ist relativ einfach, die intelligenten Materialien in ihnen zu installieren und so die RFID-Zuverlässigkeit zu maximieren. Das Ziel für die Zukunft ist es, die Technologie auch für größere Räume, beispielsweise im Einzelhandel, zu nutzen. Die automatische Inventur mit intelligenten Materialien ist dort wünschenswert und kostengünstig. Ein einziges Lesegerät an der Decke würde genügen, um alle Einheitszellen anzusprechen und gemäß der Erfordernisse auszurichten.