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Internet of Things Entwicklungskit

Tekkie Story Internet of Things Entwicklungskit
Dieses Kernteam hat das XDK-Konzept entwickelt: William Stevenson, Mathias Bründel, Wolf-Bastian Pöttner, Marc Staller.

Innovative Hilfe für Unternehmen mit Sensor-Ambitionen: Für Bosch Connected Devices and Solutions haben Mathias Bründel und Wolf-Bastian Pöttner ein zeit- und kostensparendes Entwicklungskit entwickelt – das XDK.

Wir hätten da eine Idee für eine innovative „Internet of Things“ (IoT) -Anwendung, aber noch gibt es ein paar Unklarheiten: Brauchen wir einen Beschleunigungssensor? Oder einen Drehratensensor? Oder beides? Vielleicht auch noch einen weiteren Sensor, an den wir bisher gar nicht gedacht haben? Wie können wir die gewonnenen Daten am besten analysieren? Und welche Algorithmen benutzen wir dazu? Solche und ähnliche Fragen hören der Hardware-Spezialist Mathias Bründel und der Software Entwickler Wolf-Bastian Pöttner in ihrem beruflichen Alltag immer wieder. Gestellt werden sie von den internen Kernpartnern ihres Arbeitgebers Bosch Connected Devices and Solutions (BCDS) – einem Ende 2013 in Reutlingen gegründeten Unternehmen innerhalb des Bosch-Konzerns. Im Fokus: Das boomende IoT mit all seinen Vernetzungs-und Steuerungslösungen – von Smart Home über Selftracking und Energieeinsparung bis hin zur Fabriksicherheit.

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Bosch ist einer der weltweit führenden Entwickler und Hersteller für Sensortechnik.

Auf der Suche nach neuen Sensorik-Welten im „IoT“-Kosmos

Bründel und Pöttner haben mit ihren Teams eine Antwort auf die gerade erwähnten Fragen gefunden: Sie ist nicht viel größer als eine Streichholzschachtel, enthält eine Batterie und die acht gängigsten Sensoren, kann per USB, Bluetooth Low Energy oder WLAN angesteuert werden – und heißt XDK. Diese Abkürzung steht für „Cross Domain Development Kit“. Der Grundgedanke ist einfach: Im ersten Schritt soll das XDK den Entwicklern von Sensorik-Lösungen ermöglichen, so schnell wie möglich einen funktionierenden Prototypen zu erstellen. Im zweiten Schritt soll das XDK helfen, eben diesen Prototypen – in Kooperation mit Bosch – in ein serienreifes Produkt zu verwandeln.

"Mit unserer All in one-Plattform muss man sich über das Fundament einer sensorbasierten IoT-Idee – wo kommen die Daten her? – eher wenig Gedanken machen."

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Nicht viel größer als eine Streichholzschachtel und vollgepackt mit acht Sensoren: Das Bosch XDK.

„Eigentlich war das XDK lediglich als Tool für interne Zwecke vorgesehen“, erzählt Bründel. Zusammen mit seinem Kollegen Pöttner sitzt er vor einem Bildschirm im InnoLab – einem von verschiedenen Abteilungen genutzten Laborraum auf dem Firmengelände. Im Geschäftsjahr 2015 hat Bosch in Reutlingen 1,3 Milliarden Sensoren produziert. Sie stecken sowohl in Autos, als auch in unzähligen elektronischen Geräten. Allein drei von vier Smartphones enthalten Bosch-Sensoren. Das XDK-Team sitzt sozusagen direkt an der Sensor-Quelle: Optimale Voraussetzungen, um im IoT-Kosmos neue Welten anzusteuern.

Vom internen Entwicklungstool zum Start-up Geburtshelfer

Auf dem Tisch vor Pöttner und Bründel liegt das XDK-Entwicklungskit: Die ästhetisch designte weiße Produktpackung trägt die Aufschrift „The Sensor X-perience.“ So sieht kein Werkzeugkasten aus, der lediglich für den „Hausgebrauch“ vorgesehen ist. Sondern ein Produkt, mit dem ein Unternehmen ganz bewusst nach „draußen“ geht. Die Entstehungsgeschichte des XDK ist insofern keine, die nach einem streng kalkuliertem Businessplan abgelaufen ist. Vielmehr zeigt sie, wie sich eine Idee durch fortwährende Tests und stetiges „Um die Ecke denken“ verselbständigt: Vom internen Entwicklungstool zum Vorzeige- Geburtshelfer für Hardware-Start-ups. Während er die Packung öffnet und das XDK herausholt und vor sich auf den Tisch legt, erklärt Pöttner, wie es dazu kam: „Wir haben recht schnell gemerkt, dass wir mit unserem Konzept auch externe Entwickler von IoT-Lösungen ansprechen könnten.“ Schließlich stehen Unternehmen vor dem gleichen Problem wie die internen Bosch-

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Praktische Apps, Entwickler-Tools und das Open Source Betriebssystem FreeRTOS sind beim Bosch XDK inklusive.

Kunden: Wer seine sensorbasierte IoT-Anwendung an einem herkömmlichen Board, etwa dem Raspberry Pi oder dem Arduino, entwickelt, sieht sich früher oder später mit einem unübersichtlichen, störungsanfälligen und schwer duplizierbaren Wirrwarr aus Kabeln und Steckverbindungen konfrontiert. „Zum einen dauert es so meist sehr lange, bis der Prototyp funktioniert, zum anderen müssen die Entwickler oft fast bei Null anfangen, wenn sie die Hürde hin zur Serienfertigung überspringen wollen.“

Industriefähige Hard- und Software inklusive

Beim XDK sind hingegen alle gängigen Sensoren schon im All in one-Paket enthalten. Weitere können problemlos und „sauber“ über ein mitgeliefertes Erweiterungsboard angeschlossen werden. „Die Ausprobier-Phase wird durch unsere Lösung stark erleichtert“, sagt Mathias Bründel. „Bei der Serienfertigung werden dann einfach die Sensoren und Komponenten entfernt, die nicht benötigt werden.“ Dieses modulare Konzept gelte auch für die Software, erklärt Wolf-Bastian Pöttner und öffnet am Bildschirm die „XDK Workbench “ – eine Entwicklerplattform, die sich jeder XDK-Käufer kostenlos herunterladen kann. Sie enthält typische Anwendungsbeispiele sowie einen Community-Bereich mit Foren und Tutorials. „Die über die Workbench verfügbaren Software-Bausteine sind sofort einsetzbar, von Profi-Anwendern leicht zu modifizieren und darüber hinaus industriefähig.“ Unternehmen verlieren also keine Zeit, weil sie –was oft passiert – für die kommerzielle Verwertung des Prototyps ihrer IoT Idee die Software umschreiben oder nach einer serienfähigen Hardware-Lösung suchen müssen. Das XDK-Versprechen: Weniger Kompromisse, weniger Zeitaufwand, mehr Freiheit beim Entwickeln, leichtere Industrialisierung. Ein Prototyp-Beschleuniger fürs IoT. BCDS bietet seinen Kunden nicht nur das XDK zum Verkauf, sondern steht auch als Kooperationspartner bei der Serienfertigung von am XDK entwickelten Projekten zur Verfügung.

Doch welche IoT-Anwendungen sind eigentlich mit dem XDK möglich? „Im Prinzip alle, bei denen Sensoren zum Einsatz kommen“, sagt Wolf-Bastian Pöttner. Standardmäßig im XDK enthalten sind: Beschleunigungssensor, Drehratensensor,

"Mit dem XDK entwickelt man genau auf der Ziel-Hardware, die später auch für die Industrialisierung eingesetzt wird."

Luftfeuchtigkeitssensor, Magnetometer, Luftdrucksensor, Lufttemperatursensor, Lautstärkesensor und Umgebungslichtsensor. Damit bietet das XDK schwerpunktmäßig eine Entwicklungsplattform für komplett neue IoT-Serienprodukte, es kann aber auch bei der Fehlersuche innerhalb von bestehenden Anwendungen aller Art genutzt werden. Zum Beispiel, um in Fabriken die Maschinenwartung zu optimieren: „Mit Hilfe der unterschiedlichen Sensoren kann man relativ einfach eine große Menge von Daten erheben, die für die Sicherheit einer Anlage relevant sind, und einen Algorithmus zur qualifizierten Fehleranalyse erstellen“, sagt Mathias Bründel. Daraus ergebe sich für jede Maschine ein typisches „Bewegungsprofil“. Eine mit XDK-Hilfe erstellte Anwendung zeigt dann durch ein „Alarmsignal“ an, sobald Abweichungen von diesem Profil vorliegen – etwa, wenn sich in einer Turbine ein Teil gelockert hat. „Daraufhin wird zielgerichtet ein Techniker zum Check-Up angefordert.“ Mehrwert für den Nutzer: Die jährliche Standard-Wartung wird durch eine zeitlich angepasste ersetzt – und ein Maschinenstillstand im Vorhinein vermieden. Der Fehler wird erkannt, bevor er passiert: „Im Optimalfall weiß der Techniker durch die erhobenen Daten auch schon, welches Teil ausgetauscht werden muss.

Zielgruppe: Unternehmen, Software Entwickler, Start-ups, Wissenschaftler, Studierende, private Tekkies

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Grenzenlose Konnektivität über Bluetooth Low Energy, WLAN einen Debug- und Extension USB Port und einen Micro SD-Einschub

Intern ist das XDK rund ein halbes Jahr mit den Bosch-Kernpartnern getestet und optimiert worden. Bei der nun anstehenden externen Vermarktung konzentriert sich BCDS zunächst auf B2B-Kunden mit Sensorik-Ambitionen – „vom Fünf-Personen- Start-up bis hin zum Industrieunternehmen“. Langfristig setzt man auch auf Forscher und Studierende sowie auf anspruchsvolle private Tekkies. „Hier stehen wir in sehr engem Kontakt zum Bosch IoT Lab an der Uni St. Gallen.“, erzählt Produkt-Manager William Stevenson, der zu der Runde dazu gestoßen ist. Er ist sicher: „Im IoT-Bereich wird in den kommenden Jahren vieles passieren, noch befinden wir uns erst am Anfang einer Entwicklung, die unser Leben immer mehr bestimmen wird.“

Tekkie-Team-Spirit im Weltkonzern

Stevenson und seine Kollegen strahlen eine ehrliche Begeisterung für „ihr“ XDK aus. Nicht umsonst sind auf der Rückseite der Produktpackung die Unterschriften aller 30 beteiligten Mitarbeiter wiedergegeben: Sie selbst sind die Zielgruppe. Mit dem XDK haben sie sich ein IoT-Geschenk beschert, das ihren Arbeitsalltag erleichtert – und nun auch anderen helfen soll. Professionalität trifft spielerische Leichtigkeit: „Bei der Entwicklung haben Kollegen in nur einem Tag Anwendungen auf die Beine gestellt, von denen wir nie gedacht hätten, dass sie so schnell zu realisieren sind.“ So wurde als Spaßprojekt ein XDK an der Kaffeemaschine des Teams platziert. Anhand der durch die Sensoren erhobenen Vibrationsmuster der Pumpe konnte jeder Kaffeesorte – Café Creme, Cappuccino, Latte Macchiato – ein eigener „Fingerprint“ zugewiesen werden. William Stevenson: „Durch die ausgelesenen Daten konnten wir genau analysieren, wie viel Kaffee getrunken wurde und welche Sorte am beliebtesten ist.“ Software-Entwickler Wolf-Bastian Pöttner hat den XDK sogar zu einem privaten Experiment mit nach Hause genommen und im Keller angebracht: „Mit Hilfe des Luftfeuchtigkeitssensors und eines auf die Schnelle gebauten Data-Loggers konnte ich die 

"Die Leute werden mit dem XDK Lösungen verwirklichen, an die wir bei der Entwicklung noch gar nicht gedacht haben"

Ergebnisse auf einer SD-Karte aufzeichnen und so zeigen, dass der Keller feucht ist.“ Zwei kleine Beispiele, die „groß“ gedacht das überaus flexible Einsatzspektrum wiederspiegeln. Mathias Bründel resümiert: „Natürlich kann man mit dem XDK Geschäftskonzepte aus den üblichen IoT-Bereichen entwickeln, aber noch spannender finde ich, dass Leute mit seiner Hilfe Ideen verwirklichen werden, an die vorher noch keiner gedacht hat.“

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