Die Cloud hat alles verändert. Sie ermöglicht das Internet der Dinge (Internet of Things; IoT), das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things; (IIoT), die künstliche Intelligenz der Dinge (Artificial Intelligence of Things; AIoT) und das Internet der medizinischen Dinge (Internet of medical Things; IoMT). Wenn diese modernen Netzwerke zusammengeschaltet werden, werden sie die Dinge noch intelligenter machen. Doch was kommt als Nächstes auf uns zu?
Wie intelligent können Fertigungsprozesse werden?
Robotik für die Montage
Der Fertigungssektor steht permanent unter dem Druck, die Kosten senken, die Gewinne steigern und die Risiken minimieren zu müssen. Laut McKinsey ist die Fertigung bereits der am stärksten automatisierte Sektor, obwohl er sein Automatisierungspotenzial immer noch nicht voll ausgeschöpft hat.
Roboter sind das perfekte Medium für Automatisierung. Denn Roboter können für umfangreiche, repetitive oder auch gefährliche Aufgaben eingesetzt werden: Sie ermüden nicht, machen keine erschöpfungsbedingten Fehler und verletzen sich nicht. Es gibt bereits eine Vielzahl verschiedener Typen von Industrierobotern speziell für Transport, Verarbeitung, Montage oder Teileprüfung.
Die Kombination von IoT und Robotik im IIoT wird ergänzend zur menschlichen Arbeitskraft zum Einsatz kommen, die immer dann geeigneter ist, wenn es um die Durchführung differenzierter Aufgaben, die Feineinstellung von Prozessen, die Behebung unvorhergesehener Probleme oder die Entwicklung kreativer Lösungen geht. Vernetzte Roboter werden beispielsweise darauf trainiert, die Werkshalle optimal so zu durchlaufen, dass sie mehr Aufgaben erledigen können. Wenn Roboter mit der zentralen Cloud des Unternehmens verbunden sind, haben Manager außerdem die Möglichkeit, internationale Aktivitäten aus der Ferne und in Echtzeit zu überwachen.
Erkennen von Gefahren
Das IoT kann dazu beitragen, Gefahren am Arbeitsplatz zu verringern, indem innerhalb eines Werks an zahlreichen Stellen Daten gesammelt und analysiert werden. Anhand dieser Informationen wird dann etwa erkennbar, dass sich unbefugte Mitarbeiter oder unzulässiges Material in eingeschränkt zugänglichen Bereichen befinden oder Arbeiter zu müde oder zu sehr abgelenkt sind, um sich voll auf ihre Arbeit konzentrieren zu können. Beispiel: Wenn tragbare Sensoren in Helme oder Armbänder integriert sind, können Manager sich vergewissern, dass Arbeiter die vorgeschriebene Schutzausrüstung tragen, ihre Arbeitsabläufe vorschriftsmäßig ausführen und weder zu hohen Temperaturen ausgesetzt noch erschöpft sind. Außerdem können die Sensoren die Manager alarmieren, wenn die Strahlungsbelastung zu hoch ist oder die Konzentration toxischer Gase den Grenzwert überschreitet.
Beschleunigen von Produktdesign und Produkttests mit dem IoT und digitalen Zwillingen (Digital Twins)
Das IoT kann nicht nur die Automatisierung vorantreiben, sondern auch die Entwicklung und Prüfung von Produkten beschleunigen. Durch die Erfassung und Analyse bestimmter Daten kann das IoT eine digitale Replika, bzw. einen digitalen Zwilling, eines Produkts oder Prototyps erstellen.
Beispiel: Indem sie anhand von digitalen Zwillingen die Leistung verschiedener Profile eines Düsentriebwerks simulieren, können Entwickler die betreffende Ressource beschaffen, ohne für Testzwecke mehrere Triebwerke bauen zu müssen. Anschließend kann das Design mithilfe von Datensimulationen optimiert werden.
Leben Sie derzeit in einer „Smart City“?
Verkehrssteuerung: Ampeln, Umleitungen
Wir leben bereits in Städten mit Systemen oder Gebäuden, die so angepasst werden können, dass sie immer effizient funktionieren. Man geht davon aus, dass im Zuge der IoT-Entwicklungen immer mehr Teile einer städtischen Infrastruktur vernetzt und dadurch intelligenter gemacht werden.
Beispiel: Wenn alle Ampeln und Kontrollpunkte vernetzt sind, kann das IoT die zeitliche Abfolge von Ampelanlagen an bestimmten Standorten so anpassen, dass keine Staus entstehen. Außerdem ist es möglich, das städtische IoT-Verkehrssteuerungssystem mit Echtzeit-Wetter- und -Verkehrsdaten zu vernetzen. Auf diesem Weg informierte Autofahrer haben dann die Möglichkeit, Unfallstellen oder Bereiche mit gefährlichen Witterungsverhältnissen zu umfahren.
Intelligente Gebäude
Das IoT kann allerdings nicht nur die Sicherheit erhöhen, sondern auch die Verwaltung einzelner Gebäude verbessern. Beispiel: In Aufzügen integrierte Sensoren können analysieren, wann vorbeugende Wartungsarbeiten eingeplant werden sollten, um Ausfälle zu vermeiden. Mittlerweile können in Toilettenanlagen installierte Sensoren dazu beitragen, die Reinigungsintervalle flexibel an Nutzungsmuster anzupassen: Häufigere Reinigung bei hoher Benutzerfrequenz, weniger häufige Reinigung bei geringer Benutzerfrequenz. Außerdem können Gebäudemanager mithilfe von Sensoren feststellen, welche Räume intensiver genutzt werden als andere. Entsprechend diesen Daten können dann Beleuchtung, Heizung und Kühlung angepasst werden.
Erkennen von Infektionshotspots und Nachverfolgen der Verbreitung von Viren mit dem IoT
Auch im öffentlichen Gesundheitswesen kann das IoT unterstützend eingesetzt werden. Bisher war die Diskussion über die Nachverfolgung übertragbarer Krankheiten noch vorwiegend eine theoretische Angelegenheit. Seit dem Beginn der Covid-19-Pandemie werden jedoch mobile Daten genutzt, um die Verbreitung von Corona-Fällen zu verfolgen und Personen zu identifizieren, die sich möglicherweise infiziert haben könnten.
Was befindet sich innerhalb eines „Smart Home“?
Fernsteuerung von Temperatur und Sicherheitssystemen
In den Anfangstagen des IoT wurde ein Thermostat oder eine Tür mit einem Mobiltelefon verbunden, um aus der Ferne die Temperatur im Haus steuern oder einer Person den Zutritt zum Haus gestatten zu können. Je mehr Gerätschaften mit einem zentralen Hub verbunden werden, desto effizienter wird deren Verwaltung.
Beispiel: Die KI-Komponente des IoT bietet verschiedene Möglichkeiten, den Zutritt zu einem Haus zu kontrollieren. Dazu gehören unter anderem Gesichtserkennung, Spracherkennung, Fingerabdruckerkennung und/oder Irisanalyse-Technologien.
Smart Appliances
Vernetzte Heiz- und Beleuchtungssysteme, Smart-TVs und intelligente Stereoanlagen stimmen sich ab, um im Smart Home eine der Stimmung des Bewohners angepasste Atmosphäre zu schaffen. Wenn außerdem Kühlschrank und Vorratskammer mit einem virtuellen Assistenten verbunden werden, kann dieser bei Bedarf wichtige Dinge wie Lebensmittel, Tierfutter und Kaffee-Pads bestellen, um zur Neigung gehende Vorräte aufzufüllen.
Beaufsichtigung älterer Menschen
Der Anteil der älteren Bevölkerung steigt – und damit die Anzahl der älteren Menschen, die unabhängig leben wollen, auch wenn sie mit hoher Wahrscheinlichkeit an Demenz oder anderen altersbedingten Leiden erkranken werden. Das IoT kann dazu beitragen, den Aufenthaltsort und den Gesundheitszustand von Senioren unter Kontrolle zu halten, sodass ihre Familien und das Pflegepersonal sie in guter Obhut wissen.
Was ist ein „Smart Hospital“?
Fernüberwachung von Patienten und Fernoperationen
Die Kosten für Krankenhausaufenthalte steigen kontinuierlich. Die Anzahl der Krankenhausbetten ist rückläufig und in Kliniken fehlt es überall an Personal. Auf der anderen Seite leiden immer mehr Menschen an chronischen Krankheiten. Hier kann eine kontinuierliche Fernüberwachung chronisch kranken Menschen Krankenhausaufenthalte ersparen. Für einige Patienten ist die ambulante Versorgung eine bessere und außerdem die im Vergleich zum stationären Aufenthalt kostengünstigere Alternative. Bei einer derartigen ambulanten Betreuung können tragbare Geräte nützlich sein, die mit einem zentralen Hub im Krankenhaus verbunden sind. Mit solchen Geräten können Ärzte zahlreiche Patienten aus der Ferne überwachen und vorbeugende Maßnahmen ergreifen, um den Gesundheitszustand der Patienten zu verbessern oder Beschwerden zu lindern. Gleichzeitig wird auf diese Weise die Anzahl der Krankhausaufenthalte auf ein Minimum reduziert. Dazu kommt die Möglichkeit von Fernoperationen, ein weiterer bedeutender Fortschritt für die Versorgung von Patienten aus der Ferne. Auslöser sind hier die in letzter Zeit zunehmende Verbreitung von 5G und die damit einhergehenden entscheidenden Verbesserungen der Konnektivitätsleistung.
Aufstocken von Vorräten
Krankenhäuser können das IoT nutzen, um ständig einen ausreichenden Vorrat an dringend benötigten Instrumenten und Hilfsmitteln bereithalten zu können. Eine unzureichende Bevorratung hat zur Folge, dass Abläufe sich verzögern, Räumlichkeiten und Geräte mangelhaft ausgelastet sind und die Behandlungskosten steigen. Ein proaktives, automatisiertes Wiederauffüllen von Vorräten verhindert somit, dass für die Suche nach und die Nachbestellung von Vorräten unnötig Zeit aufgewendet wird.
Nachverfolgung von Ausrüstung und Patienten
In ähnlicher Weise kann das IoT dazu beitragen, den Zeitaufwand des Personals für die Suche nach Ausrüstungsgegenständen zu verringern. Eine Branchenstudie hat ergeben, dass Krankenschwestern mehr als 10 % ihrer Arbeitszeit mit der Suche nach schwer zu findender oder falsch platzierter Ausrüstung verbringen. Falsch platzierte Ausrüstung erhöht außerdem die Behandlungskosten, da die mangelhafte Auslastung von Gerätschaften als Verlust verzeichnet wird. In Krankenhäusern verfügbare Ausrüstung wird oft von mehreren Abteilungen genutzt, und das häufig unter Zeitdruck stehende Personal bringt ein Gerät nicht unbedingt jedes Mal wieder an den Platz zurück, an dem es bereitstehen sollte. IoT-basierte Lösungen können dazu beitragen, diese Gerätschaften nachzuverfolgen, sodass sie einfacher aufzufinden sind. Außerdem kann das Personal benachrichtigt werden, wenn Ausrüstung sich nicht am richtigen Platz befindet und wieder an Ort und Stelle zurückgebracht werden muss.
Geringere Erschöpfung des Personals und bessere Versorgung der Patienten
Sich wiederholende Aufgaben wie beispielweise das Eintragen von Daten sind Arbeiten, die Krankenhausmitarbeiter als ermüdend empfinden und die die Entscheidungsfindung beeinträchtigen können. Außerdem kann Erschöpfung zu „Burnout“-Situationen führen, die wiederum eine hohe Personalfluktuation zur Folge haben können. Mit dem IoT können Dateneingaben in ähnlicher Weise automatisiert werden wie sich wiederholende Aufgaben bei Fertigungsprozessen. So lässt sich die Eintönigkeit der Abläufe und die daraus resultierende Erschöpfung verringern. In manchen Krankenhäusern werden die Daten, nachdem die Vitalparameter der Patienten gemessen worden sind, nicht nur automatisch in ein Gerät vor Ort eingegeben, sondern außerdem an einen zentralen Server übertragen, wonach das Pflegepersonal aus der Ferne auf diese Daten zugreifen kann.
Wie sieht ein „Smart Car“ aus?
Die meisten Verkehrsunfälle ereignen sich, wenn die Fahrer durch ihre Telefone abgelenkt oder müde sind, unter dem Einfluss von Alkohol oder Medikamenten stehen, zu schnell fahren oder ihre Sicherheitsgurte nicht angelegt haben. Außerdem kommt es nachts oder bei schlechten Straßenverhältnissen, beispielsweise bei Sturm und Regen, vermehrt zu Unfällen. Darüber hinaus sind Unfälle oft die Folge von falschem oder unberechenbarem Verhalten anderer Fahrer, die beispielsweise plötzlich bremsen, die Spur wechseln oder beschleunigen.
Erkennen des Zustands eines Fahrers
Die KI-Komponente des IoT kann dazu beitragen, den Zustand eines Fahrers zu analysieren, beispielsweise den Grad seiner Wachsamkeit oder den Alkoholgehalt in seinem Atem. Wenn der Fahrer unter dem Einfluss von Alkohol oder Drogen steht oder zu müde ist, um noch fahrtüchtig zu sein, kann das IoT-System entscheiden, das Fahrzeug an den Fahrbahnrand zu lenken.
V2V-Kommunikation
Außerdem kann das IoT alle Fahrzeuge auf der Straße per V2V-Kommunikation (Vehicle-to-Vehicle) miteinander verbinden, sodass diese ihr Verkehrsverhalten bessern steuern können. Beispiel: Bei Unfällen oder Staubildung werden alle hinter der betreffenden Stelle befindlichen Fahrzeuge aufgefordert, zur Vermeidung von Heckkollisionen ebenfalls langsamer zu werden. Sie können also reagieren, ohne zu wissen, dass es vor ihnen Unfälle gegeben hat.
Anpassung der Geschwindigkeit zur Vermeidung von Unfällen
Fahrzeuge werden sich darauf verlassen können, dass das IoT auch mit der Straße und den Ampelanlagen kommuniziert und die erforderlichen Daten erfasst, um Fahrzeugen mitteilen zu können, wann sie langsamer oder schneller werden müssen, damit Verschleißerscheinungen weitgehend vermieden werden. Die KI-Komponente des IoT sorgt zudem dafür, dass Fahrzeuge Hindernisse erkennen und bremsen, wenn Fußgänger oder Tiere plötzlich die Fahrbahn betreten. Dieses so genannte V2X-Kommunikationsprotokoll (Vehicle-to-Everything) ist sehr wahrscheinlich das Nachfolgemodell von V2V.
Die „Smart Future“
Das IoT wird viele Aspekte unseres Lebens direkt beeinflussen und diese angenehmer machen. Außerdem wird es indirekt zur Verbesserung unserer allgemeinen Lebensqualität beitragen. Beispiel: Wir können davon ausgehen, dass durch das IoT die Erzeugung erneuerbarer Energien effizienter und die medizinische Forschung an Fahrt aufnehmen wird. Außerdem wird man in der Landwirtschaft durch verbesserte Verfahren effizienter produzieren und Ausschuss vermeiden können. In der Tat wird es im Zuge der weiteren Entwicklung der IoT noch viel zu Lernen geben, was auf zahlreiche neue Bereiche Anwendung finden wird.
