Internet der Dinge
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BITMARCK VERNETZT DER KUNDENTAG 1 | Internet der Dinge Internet der Dinge Wilhelm Rauss, BITMARCK Essen, 03. November 2015 Inhaltsverzeichnis „Internet der Dinge“ – Abgrenzung und Zweck der Technologien – Intelligente Umgebungen („Smart Cities“) – Allgemeine Produktbeispiele – Produktbeispiele zum Thema „Gesundheit“ „Internet der Nano-Dinge“ – Zukunftsperspektiven 3 | Internet der Dinge Probleme der Menschheit Die weltweite Urbanisierung generiert Probleme, die durch das „Internet der Dinge“ zum Teil gelöst werden können Wasserknappheit Transport und Verkehr Wohnsituation 4 | Internet der Dinge Arbeit Öffentliche Sicherheit Energieknappheit Ernährung Verschmutzung Gesundheit Korruption … Schlüsseltechnologien und Schlagworte rund um das „Internet der Dinge“ Welche Technologien und Trends sind mit dem Begriff „Internet der Dinge“ eng verschmolzen? Internet Cloud Computing Internet der Energie-Dinge (Internet of Energy Things – IoET) Fog Computing & Networking Internet der Nano-Dinge Ubiquitäres Rechnen (Ubiquitous computing – UbiComp) (Internet of Nano Things – IoNT) Erweiterte Realität (Augmented reality) Big Data Web der Dinge (Web of Things – WoT) Maschinenkommunikation (Machine-to-Machine – M2M) Soziale Medien Drahtlose Netzwerke (Wireless sensor and actuator networks – WSAN) 5 | Internet der Dinge Wachstumsprognose für Geräte, die mit dem Internet verbunden sein werden 6 | Internet der Dinge Ziel und Unterteilung Was möchte man mit dem „Internet der Dinge erreichen? RFID radio-frequency identification Eine Welt voller heterogener Dinge, die eindeutig identifizierbar sind Die Abbildung aller physikalischen und virtuellen Dinge Die unscheinbare Verschmelzung von Dingen in die InternetInfrastruktur Die Möglichkeit, dass Dinge des Alltags miteinander kommunizieren können Helligkeitssensoren Wie könnte man „Internet der Dinge“-Technologien generell unterteilen? Technologien, die Dinge markieren und kommunizieren Technologien, die Dinge messen/wahrnehmen und kommunizieren Technologien, die Intelligenz in Dinge einbetten und kommunizieren 7 | Internet der Dinge Eingebettete Systeme (in einem Modem) Inhaltsverzeichnis „Internet der Dinge“ – Abgrenzung und Zweck der Technologien – Intelligente Umgebungen („Smart Cities“) – Allgemeine Produktbeispiele – Produktbeispiele zum Thema „Gesundheit“ „Internet der Nano-Dinge“ – Zukunftsperspektiven 8 | Internet der Dinge Wie können uns intelligente Umgebungen helfen? Erkennung von Gefahrensituationen Sensoren (Überfüllung, Gasgeruch, Rohrbruch, Feuer, Überhitzung, Wetter, Erdbeben, …) Sensoren (Vitalitäts-Indikatoren, Sturz-Erkennung, Passivitätserkennung, …) Entlastung durch automatisierte Industrieanlagen Maschinen, die mit Maschinen kommunizieren Rentable Einzelfertigungen durch dynamische Fertigungsprozesse Einsparungen Durch gezielte Ressourcenverwendung Industrielle Revolutionen 1. Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft 2. Massenfertigung mit Fließbändern und Strom 3. Digitale Revolution durch Elektronik und IT 4. Industrie 4.0 > Deutschlands Hightech-Strategie basierend auf dem „Internet der Dinge“ 9 | Internet der Dinge Was sind Beispiele für intelligente Umgebungen? Intelligente Maschinen/Gegenstände/Bauten Erkennen eigene Abnutzungserscheinungen Organisieren Reparaturen autonom Passen sich den in der Nähe befindlichen Personen an In der Zukunft werden Maschinen/Gebäude gebündelt mit Serviceleistungen verkauft Smart Cities Energieerzeugung nur bei Bedarf – Windfarmen, Solaranlagen, Biomasse, Kraftwerke, … – Intelligente Verschiebung überschüssiger Energie Intelligenter Verkehr – Fahrzeuge kommunizieren mit der umliegenden Infrastruktur – Autonome Verkehrsmittel, Drohnen, Roboter – Intelligente Parkleitsysteme 10 | Internet der Dinge Was sind Beispiele für intelligente Umgebungen? Intelligente Eigenheime („Smart Homes“) mit hohem Automatisierungsgrad Rollläden, Raumtemperatur, Alarmanlage, Rasenmäher, Beleuchtung etc. Umgebungen, die biometrische Analysen einsetzen Fingerabdruck, Iris-Scan, Körperteil-Geometrie, Stimme, Gehverhalten etc. Erkennung von Menschen, Tieren, Robotern, Maschinen, Organismen (…) Durch Video- und/oder Audioanalyse Durch Sensoranalyse Durch Kommunikationsprotokolle Traditionelle Internet- und Telekommunikationsprotokolle: WiFi, Bluetooth, Ethernet, 3G, LTE, HTTP, … Protokolle, die für das Internet der Dinge entwickelt wurden: ZigBee, Z-Wave, 6LoWPAN, RPL, CoAP, … 11 | Internet der Dinge Beispiel: Spanisches Konzept einer Smart-City 12 | Internet der Dinge Inhaltsverzeichnis „Internet der Dinge“ – Abgrenzung und Zweck der Technologien – Intelligente Umgebungen und „Smart Cities“ – Allgemeine Produktbeispiele – Produktbeispiele zum Thema „Gesundheit“ „Internet der Nano-Dinge“ – Zukunftsperspektiven 13 | Internet der Dinge Intelligente Küche Intelligente Kühlschränke (Beispiel LG) Chat mit dem Küchengerät Tracking von Produkt-Ablaufzeiten Automatische Bestands-Nachbestellung Einkauf am Kühlschrank-Display Vorschläge vom Kühlschrank, was man kochen kann Intelligenter Herd (Beispiel Samsung) Vor-Programmierbar Intelligentes Kochfeld erhitzt sich nur an den Stellen, wo Töpfe Stehen 14 | Internet der Dinge Vernetzte Tiere Vernetzte Kühe „VelPhone“ Körpertemperaturanalyse informiert über bevorstehende Kalbung SMS an den Bauern noch bevor die Geburt beginnt Monitoring von Brunstsymptomen Tracking von Tieren „FindMySheep“ Kontrolle von Herdentieren Applikationen, die Autofahrer warnen 15 | Internet der Dinge Güter und Waren Einkaufen RFID Tags geben Produktinformation (in Echtzeit) Einkaufswagen kommuniziert mit Ihnen Navigation zu Produkten Warnhinweise (Allergien, Zuckergehalt, Kalorien, …) Digitaler Produktvergleich Easy Checkout Produktqualität Permanente Qualitätskontrolle durch Sensoren Der Marktpreis der Waren ändert sich dynamisch (z.B. durch Daten von Schocksensoren oder Temperatursensoren) Permanentes Monitoring verderblicher Waren, medizinischer Waren, Transplantate (etc.) 16 | Internet der Dinge Pflanzen Gesunde Innenraumluft durch „Naava Smart“ Kombination von Natur und Hochtechnologie Optimiert die Qualität und die Feuchtigkeit der Raumluft Luft wird durch anorganische Wachstumsmedien mit Mikroben im Wurzelbereich angesaugt und biologisch gereinigt Die neutralisierte Luft wird durch leise Ventilatoren im Raum verteilt Drahtloses „Flower-Power“ Monitoring System Überwachung des „Gesundheits-Zustandes“ Ihrer Pflanze Sonnenlicht-Sensor Temperatur-Sensor Feuchtigkeits-Sensor Salzgehalt-Sensor 17 | Internet der Dinge Inhaltsverzeichnis „Internet der Dinge“ – Abgrenzung und Zweck der Technologien – Intelligente Umgebungen und „Smart Cities“ – Allgemeine Produktbeispiele – Produktbeispiele zum Thema „Gesundheit“ „Internet der Nano-Dinge“ – Zukunftsperspektiven 18 | Internet der Dinge Gangmusterkontrolle und Sensoren Intelligente „vitaliShoe“ Einlagesohle mit Bewegungssensoren Monitoring von Balance- und Sturzrisiko Aktivitätskontrolle und Gangkontrolle Datenaufzeichnungstool Früherkennung von Krankheitsmustern Sturzerkennung Intelligentes Zuhause (und vernetzte Gesundheits-Produkte) Sensoren messen Vitalitätszeichen und atypische Bewegungsmuster Automatisierte Alarmsysteme informieren Hilfskräfte Personen können einen Alarmknopf drücken Direkter Video- oder Audiokontakt mit Ärzten Mechanische Medikamente-Verteilung und Erinnerung der Patienten 19 | Internet der Dinge Schrank für die Bestandskontrolle im Gesundheitswesen SATO PJM RFID Smart Cabinet RFID-Technologie zur Echtzeit-Bestandskontrolle Vollständige Bestandszählung Gesundheitsdienstleister können Hunderte von Artikeln scannen Verwaltung von Arzneimitteln (Diamanten, Edelsteinen etc.) Wearables oder Gesundheitsapps Tragbare „Gadgets“ mit verschiedenen Funktionen Medizinische Anwendungen, Fitness-Tools, Spiele, LifestyleProdukte, Unterhaltungsprodukte (…) Sammlung von Echtzeitdaten für (Kranken-)Versicherungen, Ärzte, Trainer (…) Notfalluhren 20 | Internet der Dinge RFID-Technologie im Krankenhaus Dokumentation von Operationen durch technische Hilfsmittel Erfassung und Dokumentation von Instrumenten (Skalpelle, Scheren, Tupfer, Tücher …) Lebenslauf der Instrumente (Kauf, Verwendung beim Patienten, Entsorgung …) Intelligente Vernetzung in der Medizin Akute Pflege Ferndiagnosen Autonome Roboter Smart Hospital durch Datenerfassung und -verarbeitung schon vor Einlieferung der Patienten 21 | Internet der Dinge Fernbetreuung im Eigenheim Intelligente Vernetzung für Patienten außerhalb des Spitals Langzeitpflege (Betreuung im heimischen Umfeld) Video-Chat mit medizinischem Fachpersonal Sensoren im Eigenheim Sensoren am Körper Digitale Speicherung von Messergebnissen Weniger Dokumentation in Papierform Automatisierte Weitergabe an Berechtigte Patient braucht kein Fachwissen bei der Messung 22 | Internet der Dinge Inhaltsverzeichnis „Internet der Dinge“ – Abgrenzung und Zweck der Technologien – Intelligente Umgebungen und „Smart Cities“ – Allgemeine Produktbeispiele – Produktbeispiele zum Thema „Gesundheit“ „Internet der Nano-Dinge“ – Zukunftsperspektiven 23 | Internet der Dinge Datenspeicherung im Menschen durch Biotechnologie und das „Internet der Nano-Dinge“ Ein einziges Gramm „Escherichia coli“-Bakterien kann theoretisch eine Million Gigabyte an Daten aufnehmen. Zum Vergleich: Ein Gramm Festplattenmaterial kann ca. vier Gigabyte aufnehmen 24 | Internet der Dinge Escherichia coli Biotechnologie in Verbindung mit dem „Internet der Nano-Dinge“ Bakterien können Daten über Millionen Jahre speichern >> Bakterien werden Speichermedien Daten werden chemisch gespeichert, indem diese in Nukleotide und letztendlich DNA umgeschrieben werden Erste Prototypen Prototypen beweisen, dass Lesen/Schreiben auf Bakterien funktioniert Genetische Codes werden mit Buchstaben (T, C, A, G) dargestellt Genome können Musik, Text, Video und andere Inhalte "schreiben" Teilt sich ein Bakterium, werden auch die Daten dupliziert (Führt zu hoher Redundanz, Verfügbarkeit und Backup) Nano-Maschinen der Zukunft: „Internet der Nano-Dinge“ Anwendungsbeispiel: Problem bei der Chemotherapie Die Behandlung tötet generell auch krebsfreie Zellen Man möchte aber nur vom Krebs betroffene Zellen abtöten Nanostrukturen können Wirkstoffe durch den Körper transportieren Schwer zugängliche Körperzellen werden durch die Blutbahn erreicht Zusätzlich kann molekulare Vital-Information gelesen werden und über Inter-Body-Netzwerke an andere Netzwerke (z. B. das Internet) übertragen werden Wirkstoffe zum Transport 25 | Internet der Dinge Nano-Maschine Warum Nano-Maschinen bauen? Gesundheitspflege der Zukunft Kommunikationsweg direkt aus dem Körper 1. via Intra-Body-Kommunikation Netzwerk LangstreckenÜbertragung Nukleus 2. über ein Gateway, das Informationen aus dem Körper bringt Enzyme protocols Zelle Nukleus Zelle 3. via smartem „Internet der Dinge“ Objekt Microgateway 4. über das Internet 5. zum behandelnden Arzt Nukleus Cell Molekulare Kommunikationsnetzwerke Kurzstrecken (z. B. Kalzium-Signale) Mittelstrecken (z. B. Bakterien) Langstrecken (z. B. Hormone) 26 | Internet der Dinge KurzstreckenÜbertragung Nukleus Zelle Nukleus Zelle Synthetischer Nanosensor