Sensoren & Aktoren

Du spürst Wärme mit der Haut, siehst Licht mit den Augen und bewegst dich mit deinen Muskeln. Maschinen können das auch, nur mit anderen Bauteilen. Ihre Sinne heißen Sensoren, ihre Muskeln heißen Aktoren. Ein Aufzug weiß dank Sensoren, in welchem Stockwerk er ist, und fährt dank Aktoren nach oben. Ohne beides wäre jede Maschine blind und bewegungslos.

Die Sinne der Maschinen

Ein Sensor ist ein Bauteil, das eine Eigenschaft der Umwelt in ein elektrisches Signal verwandelt. Ein Temperatursensor enthält ein Material, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Wärme ändert. Ein Lichtsensor lässt umso mehr Strom durch, je heller es ist. Ein Drucksensor verformt sich winzig unter Last und ändert dabei sein Signal. Für fast alles gibt es einen Sensor: Feuchtigkeit, Beschleunigung, Magnetfelder, Abstand, sogar für einzelne Gase in der Luft.

Aus dem Messwert wird eine Zahl

Das Signal eines Sensors ist zunächst nur eine Spannung, zum Beispiel 0 bis 5 Volt. Damit ein Chip damit rechnen kann, übersetzt ein Analog-Digital-Wandler die Spannung in eine Zahl. In diesem Beispiel wird aus 0 Volt die 0, aus 5 Volt die 1000, und jede Spannung dazwischen bekommt ihren eigenen Zahlenwert, gleichmäßig über den Bereich verteilt. Erst jetzt kann ein Programm vergleichen und entscheiden: Ist der Wert über 700, ist es zu heiß, also Lüfter an. Messen heißt für Maschinen immer: die Welt in Zahlen verwandeln.

Aktoren, die Muskeln

Aktoren machen den umgekehrten Schritt: Sie verwandeln ein elektrisches Signal zurück in Wirkung. Ein Motor macht daraus Drehung, ein Lautsprecher Schall, eine Heizung Wärme, eine LED Licht, ein Ventil öffnet oder schließt einen Wasserweg. Besonders praktisch sind Servomotoren: Sie drehen sich genau in den Winkel, den das Programm vorgibt, und halten ihn. So bewegen sich Roboterarme, Lenkungen von Modellautos und die Klappen an Flugzeugflügeln.

Das Zusammenspiel: der Regelkreis

Richtig stark werden Sensoren und Aktoren im Team. Ein Thermostat misst die Raumtemperatur, vergleicht sie mit dem Wunschwert und schaltet die Heizung an oder aus. Die Heizung verändert die Temperatur, der Sensor misst erneut, und alles beginnt von vorn. So einen Kreis aus Messen, Entscheiden und Handeln nennt man Regelkreis. Auch dein Körper arbeitet so: Wird dir zu warm, melden es die Nerven, und die Haut beginnt zu schwitzen.