Man kann intelligente Geräte mit viel mehr als nur Kaffeemaschinen verbinden. Es gibt verschiedene Anwendungsszenarien in Privat- und Berufsleben, in denen das Internet der Dinge bestehende Lösungen verbessern oder gänzlich neue Ansätze schaffen kann. In diesem Abschnitt zeigen wir, welches die wichtigsten Anwendungen des IoT sind und wie es immer mehr Möglichkeiten bietet. Ein Hinweis: Bei manchen Beispielen handelt es sich lediglich um Konzepte, während andere bereits als Produkte existieren.
Smart Homes
Wohnungen und ganze Häuser können mit IoT-Technik ausgerüstet werden, entsprechend der eigenen Bedürfnisse und Gewohnheiten. Wenn Sie ein IoT-System selbst aufbauen, sind Sie der Systemintegrator, der die intelligenten „Dinge“ einrichtet, mit dem Internet verbindet und seine Bedürfnisse angibt. Die Einrichtung eines IoT-Systems, um eine Wohnung oder ein Haus intelligent zu machen, erfordert grundlegende IT-Kenntnisse und Kenntnisse über sich selbst. Verschiedene Unternehmen verkaufen IoT-Geräte, mit denen man selbst eine IoT-Lösung bauen kann, um das Haus an seine Bedürfnisse und Gewohnheiten anzupassen.
Bei den meisten IoT-Systemen und IoT-gestützten Häusern bilden Sensoren und Aktoren die komplette lokale IoT-Lösung. Zur Überwachung und Bedienung des Systems gibt es spezielle Geräte oder Anwendungen für Smartphone und Tablet.
Viele Elemente können als Teil eines Smart Home intelligent werden. Sehen wir uns einige Beispiele an:
Beleuchtung:
Intelligente Glühbirnen können in das IoT-Netzwerk des Smart Homes eingebunden werden. So kann die Beleuchtung auf Benachrichtigungen des Nutzers reagieren. Kombiniert mit Gesichtserkennung (durch eine Kamera an der Haustür) können sich die Lichter automatisch einschalten, wenn man heimkommt, und sich ausschalten, wenn man das Haus verlässt. Gepaart mit einem Bewegungsmelder können die Leuchten je nach Bewegung des Nutzers an- und ausgeschaltet werden. Zudem können sie sich entsprechend der Wettervorhersage aus dem Internet oder unserem Gefühlszustand – basierend auf unserem Verhalten – anpassen.
Türen:
Auch Türen werden durch das IoT smarter. So kann man an der Haustür einen intelligenten Schloss-Sensor anbringen, der mit einem IoT-System mit Gesichtserkennung per Kamera verbunden ist. Wenn alle Familienmitglieder das Haus verlassen haben, wird die Tür automatisch zugesperrt, und wenn das erste Familienmitglied wieder heimkommt, wird sie aufgesperrt.
Fenster und Rollos:
Fenster können über Sensoren automatisch auf Wetterveränderungen, Luftqualität sowie Innen- und Außentemperatur reagieren. Das Fenster kann sich automatisch schließen, wenn es regnet, oder sich öffnen, wenn die Luftqualität im Inneren abnimmt. Rollos können automatisch auf die Intensität des Sonnenlichts reagieren und sich schließen.
Kühlschrank:
Ein intelligenter Kühlschrank kann die gelagerten Produkte erkennen und kontrollieren. Wenn Lebensmittel ausgehen, benachrichtigt der Kühlschrank den Nutzer und kann diese automatisch über das Internet bestellen.
Garten:
Auch im Außenbereich des Hauses kann man IoT-Geräte einsetzen. Sensoren können die Bodentrockenheit messen und bei Bedarf das automatische Bewässerungssystem einschalten. Wenn das Gras eine bestimmte Höhe überschreitet, wird es vom Mähroboter geschnitten.
Durch ein Netzwerk aus IoT-Sensoren können unsere Häuser in vielen Bereichen, wie Sicherheit und Energieeffizienz, noch intelligenter werden.
Sicherheitssysteme:
Mithilfe vernetzter Leuchten, Türen, Fenster und Rollos kann man ein Sicherheitssystem einrichten, das die Anwesenheit des Besitzers vortäuscht und einen Alarm auslöst, wenn Unbekannte versuchen, das Grundstück zu betreten.
Optimierung des Energieverbrauchs:
Basierend auf den Daten über unser Verhalten zuhause und unseren Energieverbrauch kann ein Energieprofil erstellt und anschließend optimiert werden: Automatisch werden ungenutzte Lichter ausgeschaltet, die Lüftung intelligent entsprechend der Temperatur und Luftqualität drinnen und draußen geregelt und die Heizung angepasst.
Zahlreiche Sensoren und Aktoren können in einem Smart Home eingebunden werden. Als Systemintegrator entscheidet der Nutzer, welche Komponenten er für welche spezifischen Bedürfnisse benötigt.
Gesundheitswesen
Wir können also unser Haus mit IoT-Geräten ausrüsten – und was ist mit uns selbst? Können wir unseren Körper mit IoT-Technik verbessern? Natürlich! Aber keine Sorge, das heißt nicht, dass man sich gleich etwas implantieren muss. Viele IoT-Sensoren kann man problemlos außen am Körper tragen – Smartwatches, intelligente Schuhe und Blutsauerstoff-Messgeräte – und viele IoT-Geräte wie intelligente Kissen oder Hausapotheken lassen sich einfach nutzen.
Mithilfe der Sensoren dieser Geräte können zahlreiche Daten über den Nutzer gesammelt werden. Diese Daten können vom Nutzer selbst, Fachleuten oder Computerprogrammen analysiert werden, um gesünder zu leben oder sportlich leistungsfähiger zu sein.
Sehen wir uns einige Beispiele für die Verwendung des IoT in Sport und Gesundheitswesen an:
Breitensport:
Die häufigsten Wearables (tragbare Geräte) sind heute Smartwatches. Diese intelligenten Uhren können Schritte und Kalorien zählen sowie Aktivzeit, Herzfrequenz, Schlafzeit und Schlafqualität messen. Anhand der Messwerte kann man seine täglichen Aktivitäten und Schlafzeiten anpassen, um ein gesünderes Leben zu führen.
Semi-professioneller und professioneller Sport:
Die Daten semiprofessioneller und professioneller Sportlerinnen und Sportler werden gesammelt und von ihrem Trainer überprüft (vor Ort oder über das Internet). Auf Grundlage der Daten passt der Trainer den Trainingsplan an. Bei manchen Profisportarten werden fortschrittlichere Sensoren eingesetzt, damit der Trainer einen genaueren Trainingsplan erarbeiten kann, z. B. Schuhe mit Kraftmesser für Radsport und Laufen oder Blutsauerstoff-Messgeräte.
Persönliche Gesundheit:
Eigenverantwortung und Risikoprävention sind für die Gesundheit entscheidend. Selbst ohne die Beteiligung von Gesundheitspersonal können Daten zum Gesundheitszustand Leben retten. Smartwatches mit ECG-Funktion können schwere Herzerkrankungen erkennen und Pulsmesser können bei extremen Werten Alarm schlagen. Allein mehr über die täglichen Aktivitäten und Schlafzeiten zu wissen, kann sehr nützlich sein.
Gesundheitswesen:
Die Gesundheitsdaten können auch von Ärzten kontrolliert werden. Menschen mit chronischen Erkrankungen befolgen oft nicht ihren Behandlungsplan. Mit tragbaren IoT-Geräten haben Ärzte vollständigen Einblick in die Gewohnheiten und den Gesundheitszustand des Patienten. So können sie den Patienten warnen, damit er sich an die Behandlung hält, oder die Therapie anpassen. Wenn nötig, kann der Arzt dem Patienten auch einen Termin vorschlagen.
Selbst wenn nur die bereits vorhandenen IoT-Geräte für Sport und Gesundheit genutzt würden, würde das schon eine beträchtliche Verbesserung der Gesundheit bedeuten. Und das ist erst der Anfang der IoT-Revolution!
Landwirtschaft
Anhand der beiden vorherigen Beispiele haben wir gezeigt, dass das Internet der Dinge das persönliche Wohlbefinden, unser Zuhause und das Gesundheitswesen verbessern kann. Was brauchen wir noch? Nahrung! Sehen wir uns also an, wie das IoT Lebensmittel verbessern kann: mehr Qualität und mehr Menge bei weniger Kosten.
Durch den Bevölkerungszuwachs muss die Lebensmittelproduktion erhöht werden, ohne dass es zu Qualitätseinbußen kommt. Das IoT kann eine wahre Revolution für die Landwirtschaft bedeuten.
In der Geschichte der Menschheit war es bisher meist so, dass Daten nicht von Maschinen gesammelt, sondern von Landwirten in Form von Erfahrung an Familie und Nachbarn weitergegeben wurden. Auf Grundlage ihrer eigenen Erfahrung und der anderer entwickelten die Landwirte Strategien für Pflanzenanbau und Tierzucht. Diese Strategien wurden stets um die neusten Erfahrungen bereichert und an veränderte Wetter- und Umweltbedingungen angepasst.
Doch nun haben sich die Bedürfnisse der Gesellschaft geändert und gesteigert, worauf die Produktion abgestimmt wurde. Die Nutzung von Daten ist der größte Erfolgsfaktor bei der Produktionsplanung. Die Datenerfassung ist kein manueller Prozess mehr, sondern wird automatisch durchgeführt und kann weltweit erfolgen. Wenn eine datenbasierte Strategie in den USA Erfolg hat, funktioniert sie wahrscheinlich auch in Europa, solange die wichtigsten Aspekte wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Art des Saatguts bzw. Tiers, Mineralgehalt des Wassers usw. berücksichtigt werden.
Wenn in der Landwirtschaft Sensoren zur Datenerfassung eingesetzt und die Daten in die Entscheidungsfindung miteinbezogen werden, ist das bereits eine intelligente Landwirtschaft. In einem komplett IoT-gestützten Agrarsystem gibt es nicht nur Sensoren, die Daten sammeln, sondern auch eine automatisierte Strategie, die auf Grundlage der Informationen die Produktion anpasst.
In der Landwirtschaft kann fast jeder Faktor der Produktion mit Sensoren überwacht werden: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchtigkeit, Nährstoffgehalt, Gewicht, Sonnenstunden usw. Die gesammelten Daten werden an einen zentralen Computer gesendet, an dem Landwirte und Anwendungen sie analysieren, um kluge Entscheidungen für die Zukunft zu treffen.
Optimale Bewässerung:
Durch die Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und Einbeziehung der Wettervorhersage aus dem Internet kann automatisch der Wasserbedarf errechnet werden. So werden Kosten durch unnötigen Wasserverbrauch gespart und Pflanzenkrankheiten durch Überwässerung vermieden.
Was ist mit Tieren? Natürlich sollen auch die Tiere gesund sein. Ihre täglichen Aktivitäten kann man über Sensoren kontrollieren, die z. B. am Halsband oder am Bein angebracht werden. Auf Grundlage der Bewegungsmuster weiß man, wo sich das Tier befindet und was es gerade tut (ruhen, bewegen, fressen). Aus den Daten lässt sich eine Tagesroutine berechnet, die zur Optimierung der Produktion von Milch, Eiern usw. genutzt werden kann. Tiere können IoT-Sensoren auch im Körper tragen. Die bessere Gesundheitsüberwachung der Tiere kann zu mehr Qualität und Quantität bei Produkten wie Milch führen – was wiederum auch für die Menschen gesünder ist.
Fertigungsindustrie
Das Internet der Dinge kann unser Leben in Bereichen wie Haus, Gesundheit und Lebensmitteln verbessern, doch das ist nicht alles.
In der Fertigung lief es ähnlich wie in der Landwirtschaft: Ohne Datensammlung wurde basierend auf der Erfahrung (und der Rückmeldung der Kunden) über die Strategie für den nächsten Produktionszyklus entschieden. In einer IoT-gestützten Fabrik können Daten aus verschiedenen Quellen gesammelt werden, was dabei hilft, die Produktion in Bezug auf Qualität, Quantität, Konsistenz und Kosteneffizienz zu optimieren.
Nach den vorherigen Beispielen sollten Sie bereits einige Ideen haben, welche Arten von Sensoren in der Fertigungsindustrie verwendet werden können. Sensoren können diverse Messwerte erfassen:
zur Umgebung: Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Luftqualität, seismische Aktivität, Lärmpegel und Geräusche
zum Produktionsprozess: Kamerabilder, Stromstärke und Netzspannung, Drehmoment und Drehwinkel usw.
Intelligentes Löten:
Ein Beispiel sind IoT-gestützte Systeme für das intelligente Löten von Leiterplatten. Die Hauptschritte bei diesem Prozess bestehen darin, Lötfett auf die freiliegenden Lötaugen aufzutragen, die zu lötenden Teile und das Lötgerät zu platzieren, die Temperatur zum Schmelzen des Lötfetts einzustellen und dann die Platte abkühlen zu lassen. Um ein hochwertiges Produkt zu erhalten, müssen all diese Schritte präzise und mit korrekten Einstellungen durchgeführt werden. Doch diese Einstellungen unterscheiden sich je nach Tag und Jahreszeit. Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Verschleiß beeinflussen die Produktqualität. Indem Daten gesammelt und analysiert werden (möglicherweise von vielen Maschinen aus vielen Fabriken) kann man den Prozess besser verstehen und die Einstellungen an alle Parameter im System anpassen.
Maschinendiagnose
Daten von IoT-Sensoren können nicht nur zur Optimierung der Produktion verwendet werden, sondern auch zur vorausschauenden Instandhaltung (Predictive Maintenance). Dazu werden Daten aus dem Produktionsprozess erfasst, wenn alles optimal funktioniert. Sollte es später zu kleinen Mängeln an den Maschinen der Fertigungsanlage kommen (z. B. Abnutzung von Zahnrädern), die sich nicht negativ auf die Erzeugnisse auswirken, können die gesammelten Daten bereits auf spätere Ausfälle hinweisen. So kann die nötige Wartung mit minimaler Stillstandszeit eingeplant werden, was Zeit und Kosten spart.
Bildung
Intelligente Schulen können mit IoT-Sensoren im gesamten Gebäude ausgestattet werden: in den Klassenzimmern, der Sporthalle und der Kantine. Ähnlich wie in Smart Homes können IoT-Geräte Kosten optimieren und die Sicherheit verbessern.
Intelligente Schule:
So kann es in den Klassenzimmern Sensoren geben (z. B. Kontaktsensoren an den Stühlen), um die Anwesenheit zu kontrollieren und automatisch Anwesenheitslisten zu erstellen. Die Aufmerksamkeit der Schülerinnen und Schüler kann mit kamerabasiertem Eye-Tracking und Geräuscherkennung per Mikrofon gemessen werden. Auf Grundlage der Daten lässt sich die Leistung von Lernenden und Lehrenden beurteilen. Auch Aktoren können eingesetzt werden, um z. B. die Fenster zu öffnen und frische Luft hereinzulassen, wenn die Aufmerksamkeit der Klasse sinkt.
Verkehrswesen
Autonome Fahrzeuge werden wahrscheinlich die Welt verändern. Im Jahr 2020 handelt es sich bei den besten Ansätzen jedoch meist um sogenannte „Level-2“-Lösungen – d. h. mit Teilautomatisierung einschließlich Lenkung, Beschleunigung und Bremsen, während der Fahrer beide Hände am Lenkrad hat, um bei Bedarf einzugreifen. Es ist aber davon auszugehen, dass in Zukunft ein höheres Niveau an autonomem Fahren erreicht wird. Mit dem Internet verbundene autonome Fahrzeuge enthalten zahlreiche IoT-gestützte Komponenten.
Vernetzte Autos
So werden beispielsweise die Daten des Sensors im Motor in die Cloud hochgeladen und von Computeranwendungen analysiert. Wird ein Problem für den gegenwärtigen oder zukünftigen Betrieb entdeckt, wird ein Alarm ausgelöst, ähnlich wie im Beispiel mit der Fertigungsindustrie. Auch Gesundheitsdaten können vom Auto erfasst werden, vergleichbar mit den zuvor erwähnten Wearables. Diese Daten können bei Notfällen genutzt werden (z. B. wenn der Fahrer einen Herzinfarkt erleidet) oder zur Verbesserung der Sicherheit und des Fahrerlebnisses insgesamt (z. B. um eine Pause vorzuschlagen, wenn der Fahrer müde ist). Zudem können Autos mit der Cloud vernetzt werden und Informationen teilen. Sogar in der Straße selbst können Sensoren eingebaut werden. Vernetzte Autos und Fahrbahnsensoren können in großen Gebieten Verkehrs- und Wetterdaten sammeln und dadurch bessere datenbasierte Strategien ermöglichen.
Smart Cities
Würde man alle oben genannten Technologien einsetzen, würden Städte zu IoT-gestützten Smart Cities. In solchen intelligenten Städten werden Sensoren und Aktoren auf Mikro- und Makroebene genutzt. Die Mikroebene steht für die verschiedenen Bereiche, in denen IoT verwendet wird, wie wir an verschiedenen Beispielen gesehen haben. Die Makroebene bezieht sich darauf, diese einzelnen Bereiche zu verknüpfen, um ein stadtweites Netzwerk aus IoT-Geräten zu bilden. In Smart Cities werden IoT-gestützte Geräte in verschiedensten Bereichen eingesetzt: in Smart Homes, intelligenten Krankenhäusern, selbstfahrenden Autos, smarten Fahrrädern, intelligenter Abfallwirtschaft, intelligenter Straßenbeleuchtung und Internetverbindung überall.
Je größer die Anzahl und Vielfalt an vernetzten Geräten, desto mehr Sektoren können durch das Internet der Dinge verbessert werden. Deshalb ist es wichtig, beim Thema IoT auf dem neusten Stand zu bleiben und diese Technologie in Privat- und Berufsleben einzusetzen.
