Sie beobachten alles: Moderne Smartphones enthalten mächtige Sensoren. © Jung Yeon-Je/AFP/Getty Images

Mobiltelefone sind machtvolle Geräte. Sie sind Computer mit enormer Rechenfähigkeit, vor allem aber besitzen sie inzwischen einen ausgefeilten Spürsinn, haben scharfe Augen, empfindliche Ohren und einen hervorragenden Gleichgewichtssinn.

Smartphones stecken voller Sensoren, die unentwegt Daten sammeln. Entsprechende Programme können damit sehen, hören und fühlen, was in der Umgebung des Gerätes geschieht. Das macht sie so nützlich. Doch jeder, der diese Daten auszulesen weiß, kann die Hosentaschenrechner auch zu Spionagestationen umfunktionieren und so alles über ihre Besitzer erfahren. Hier ein Überblick der wichtigsten Sensoren – und ein Blick in die nahe Zukunft.

Das gibt es bereits:

Barometer
Mobiltelefone sind Wetterstationen. Neuere Geräte können den Luftdruck messen. Das übernimmt eine ungefähr zehn Mikrometer dünne Siliziummembran, in die sogenannte piezoresistive Dehnungsstreifen eingelassen sind. Diese ändern ihren Widerstand, wenn sie verformt werden. Die Membran bewegt sich bei Druckänderungen, wodurch sich der Wert der Widerstände ändert. Das ganze Modul ist nur zwei mal zweineinhalb Millimeter groß. Die relative Genauigkeit des derzeit häufig verbauten Sensors BMP280 gibt Hersteller Bosch mit etwa 0.12 Hektopascal an. Das entspricht einem Höhenunterschied von nur einem Meter. Schon Treppensteigen wird also von ihm registriert.

Beschleunigungssensor
Wird das Handy gedreht, ändert sich die Richtung, aus der die Schwerkraft auf das Gerät wirkt. Diese Kräfteverschiebung misst ein sogenanntes Akzelerometer auf drei Achsen: links/rechts (X-Achse), oben/unten (Y) und hinten/vorne (Z). Der Sensor ist nur drei mal drei mal einen Millimeter groß. Er besteht aus einem sogenannten mikro-elektro-mechanischem System. Ein wenige Mikrometer breiter Siliziumstab dient als Feder. Bewegt sich das Gerät, wird der Stab durch seine Massenträgheit ausgelenkt und verändert seine Position gegenüber einer festen Elektrode. Dadurch ändert sich die elektrische Kapazität. Diese Änderung wird genutzt, um auf die Höhe der Beschleunigung zu schließen. Für jede der drei Ebenen gibt es einen solchen Siliziumstab, zusammen ergeben sie für jede Richtung Beschleunigungswerte.

Bluetooth
Kein Sensor im eigentlichen Sinn, sondern eine Antenne zur Übertragung von Daten über kurze Strecken. Damit kann eine Freisprechanlage betrieben werden. Doch kann das Bluetooth-Protokoll auch als Schlüssel dienen, um eben wie ein Sensor ein bestimmtes Türschloss in der Nähe zu erkennen und zu öffnen. Oder als Fernbedienung für die Heimelektronik.

Elektromagnetischer Sensor
Auch Hall-Geber genannt. Er registriert, ob eine Schutzhülle mit magnetischem Schloss um Handy oder Tablet geöffnet oder geschlossen ist. Wird die Hülle geöffnet, aktiviert der Sensor den Bildschirm, wird sie geschlossen, schaltet er ihn aus.

Fingerabdrucksensor
Der Fingerabdrucksensor im iPhone 5S ist keine Kamera, die den Finger fotografiert. Der Sensor besteht aus vielen winzigen Zellen, jede davon kleiner als eine Fingerrille. Wird ein Finger auf die Oberfläche gelegt, ändert sich deren Kapazität. Wie hoch die Änderung ist, hängt davon ab, welcher Teil der Fingerkuppe auf der Sensorzelle liegt – Fingerrille oder Papillarleiste. Aus der Art der Änderungen aller Zellen wird ein Bild des Abdrucks errechnet und zusammengesetzt.

GPS
Das Global Positioning System, kurz GPS, ist ein Ring von Satelliten, der um die Erde fliegt und Positionssignale sendet. Im Smartphone werden diese von einer Antenne empfangen, um damit die eigene Position zu bestimmen. Somit ist das Modul auch ein Sensor, da es dazu beiträgt, dem Gerät seine Umgebung "bewusst" zu machen. Allerdings dauert das mehrere Minuten und kann durch Wolken, Gebäude und andere Hindernisse schnell gestört werden. Deswegen nutzen Smartphones zur Positionsbestimmung auch WLAN-Daten und die Standorte der Mobilfunktürme.

Gyroskop
Die Idee hatte 1817 der deutsche Physiker Johann Bohnenberger: Ein sich drehender Kreisel will die Richtung der Drehachse erhalten. Heute ist das Instrument so klein, dass es auf einen Chip passt: ungefähr vier mal vier Millimeter groß. Das Handy stellt damit fest, ob es hoch oder quer gehalten wird. Der Sensor nutzt die Corioliskraft und das sogenannte Stimmgabelprinzip, um die Lage zu bestimmen. Metallelemente werden durch Strom in Schwingung versetzt. Wird das Gerät bewegt, verändert sich die Schwingung der Metallelemente. Rund um sie herum angeordnete Kondensatoren registrieren das. Hier eine elektronenmikroskopische Aufnahmen des Gyroskops im iPhone 4.

Wie oft die Daten abgerufen werden und wie genau sie sind, variiert von Gerät zu Gerät. Das Gyroskop erzeugt sie nicht automatisch, sondern eine App installiert dazu einen motion sensor event listener, eine Datenanforderung. Android und iOS lassen drei Genauigkeitsgrade zu. Ein HTC Evo 4G kann die Daten auf der höchsten Genauigkeitsstufe alle 30 Millisekunden bereitstellen, ein Motorola Droid dagegen nur alle 110 Millisekunden.

Helligkeitssensor
Je heller Bildschirme strahlen, desto schneller ist der Akku leer. Deshalb misst der Helligkeitssensor das Licht in der Umgebung, anschließend wird die Helligkeit des Bildschirms angepasst. Der RGB-Sensor besteht aus einer Fotodiode mit einem Farbfilter und misst die Intensität, aber auch die Farbtemperatur von Lichtquellen. Was dazu führt, dass der Bildschirm mehr Kontrast, aber auch eine bessere Farbsättigung bieten kann.