Kennis van de componenten van het IoT helpt ons te begrijpen waar het allemaal om draait. Er zijn vier belangrijke componenten van het IoT:
Sensoren en actuatoren: deze componenten nemen informatie waar uit en interageren met de omgeving. Sensoren verzamelen gegevens, terwijl de actuatoren het systeem in staat stellen specifieke acties uit te voeren. In het voorbeeld van de koffiemachine controleert de sensor wanneer de gebruiker wakker wordt, en een actuator begint de koffie te zetten.
Connectiviteit: de sensoren en actuatoren zijn verbonden met een zogenoemde gateway. De gateway is verantwoordelijk voor de communicatie met de sensoren en actuatoren in de buurt en vertaalt de berichten in een gemeenschappelijk formaat, dat vervolgens wordt geüpload naar een cloudservice op het internet. De communicatie tussen de gateway en de sensoren en actuatoren verloopt meestal draadloos, maar een bekabelde verbinding is ook mogelijk. Clouddiensten zijn doorgaans erg voorzichtig wat privacy betreft (wil je hier meer over weten, dan kun je onze cursus Digitale revolutie en Computerbeveiliging volgen).
Cloud: de computercloud, een netwerk van computers op het internet, staat in voor de opslag en analyse van de gegevens om slimme beslissingen te kunnen nemen. Die analyse kan bestaan uit eenvoudige regels of uit complexe algoritmen van kunstmatige intelligentie (AI). Meer informatie over AI vind je in de cursus Elementen van AI.
Interactie tussen mens en machine Interactie (MMI): gegevens en analyse worden gecontroleerd door gebruikers, hetzij op speciale gebruikersinterfaces (UI's) of smartphones en tablets met specifieke toepassingen. Het doel van HMI bij een IoT-systeem is de gebruiker te informeren en hem in staat te stellen de geautomatiseerde beslissingen indien nodig te negeren.
Sensoren, actuatoren en gebruikersinterfaces
Het grote aantal mogelijke sensoren en actuatoren maakt IoT-systemen uiterst flexibel. Door een verschillende combinatie van sensoren en actuatoren te gebruiken, kunnen systemen op maat worden gemaakt om aan verschillende behoeftes te voldoen. In dit onderdeel gaan we dieper in op de sensoren, actuatoren en gebruikersinterfaces (user interfaces - UI's) waaruit het IoT is opgebouwd.
Er zijn twee soorten sensoren: sensoren voor algemene doeleinden en taakspecifieke sensoren.
Sensoren voor algemene doeleinden maken gebruik van gewone apparaten, zoals camera's en microfoons, om gegevens te verzamelen. In dit geval worden de gegevens, bijvoorbeeld opgenomen beelden of geluid, geanalyseerd door computertoepassingen en algoritmen.
Taakspecifieke sensoren worden ontwikkeld om goedkoop, energiezuinig en/of robuust te zijn terwijl zij specifieke waarden meten. Taakspecifieke sensoren vereisen doorgaans eenvoudiger softwareoplossingen dan sensoren voor algemene doeleinden. Dergelijke sensoren zijn bijvoorbeeld thermometers, vochtigheidsmeters, bewegingsdetectoren, puls- en ECG-monitors en weegschaalsensoren.
Als we naar deze twee typen sensoren kijken, kan bewegingsdetectie bijvoorbeeld op verschillende manieren worden gerealiseerd:
een camera kan worden gebruikt om een bepaalde persoon te herkennen of om bewegingen in een groter gebied te bestrijken
een speciale bewegingssensor kan worden gebruikt voor kosten- en energiebesparing
een microfoon kan worden gebruikt op warme, donkere plaatsen, wat de andere twee soorten sensoren niet zouden kunnen
Naast sensoren is het ook gebruikelijk dat er interactie mogelijk is met de machines die betrokken zijn bij het IoT-systeem, of met mensen die het systeem bedienen of gebruiken. Daarom kunnen actuatoren en gebruikersinterfaces een rol spelen in IoT-oplossingen. Actuatoren kunnen de waarden veranderen die door de sensoren worden gemeten, zoals het verhogen van de temperatuur of het openen van de ramen.
Gebruikersinterfaces zijn bedoeld voor interactie tussen mens en machine en kunnen visueel, auditief of spraakgestuurd of haptisch zijn.
Visuele UI's worden meestal gebruikt met slimme toestellen met aanraakscherm (smartphones en tablets), of soms met een speciaal apparaat met een aanraakscherm of een scherm en knoppen.
Bij een spraakinterface interageren de gebruikers met het IoT-systeem door middel van gesproken natuurlijke taal, terwijl geluiden belangrijke gebeurtenissen kunnen aanduiden bij een zuiver auditieve gebruikersinterface.
Haptische interfaces gebruiken meestal trillingen om feedback te geven aan de gebruiker.
Een combinatie van de bovenstaande UI-types kan de algemene gebruikerservaring verbeteren.
IoT en 5G
5G is de vijfde en meest recente iteratie van het mobiele netwerk. Het mobiele netwerk van de eerste generatie (1G) bood alleen spraak. De nieuwigheid van 2G waren digitale netwerken, wat technisch een veel betere oplossing is dan de analoge benadering van 1G. 3G introduceerde dataoverdracht en 4G verhoogde de transmissiesnelheden aanzienlijk. 5G biedt een veel snellere datatransmissie dan alle vorige mobiele netwerken, inclusief 4G. Het is ook in staat om regio's met een hogere connectiviteitsdichtheid aan te kunnen en biedt een betere dekking.
Een belangrijk element van 5G is Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO), waarbij gebruik wordt gemaakt van een groot aantal antennes en complexe communicatiesoftware die snelle communicatie met een groot aantal apparaten mogelijk maakt. Aangezien het IoT afhankelijk is van het verzenden en ontvangen van gegevens, is mobiel internet met hoge snelheid een belangrijke factor die de mogelijkheden en het bereik van deze slimme apparaten beïnvloedt. Op het moment waarop deze cursus wordt geschreven, wordt gedacht dat 5G, naarmate het op grotere schaal wordt toegepast, een revolutie teweeg zal brengen in het IoT.
IoT en AI
Wanneer IoT en AI samenvallen, wordt dit vaak AIoT (Kunstmatige intelligentie/Internet der dingen) genoemd. Op basis van verschillende bronnen kan het voordeel van het IoT worden gemaximaliseerd met AI. Om AIoT te begrijpen, moet je eerst de basis van AI begrijpen. We hebben al geleerd dat alle sensoren en actuatoren gegevens verzamelen die in de cloud worden opgeslagen. Deze gegevens kunnen worden geanalyseerd door deskundigen of door computerprogramma's die geschreven werden op basis van de ervaring en suggesties van deskundigen. Wanneer de gegevens complex zijn, werken de door de deskundigen geschreven regels niet perfect. Het is ook gebruikelijk dat deze regels niet algemeen zijn, zodat ze keer op keer moeten worden herschreven wanneer bijvoorbeeld nieuwe sensoren aan het systeem worden toegevoegd of wanneer de omgeving verandert (bijvoorbeeld wanneer een nieuw gezin intrekt in een slim huis met IoT-ondersteuning). AI maakt het mogelijk dat, met een grote hoeveelheid representatieve gegevens, de regels uit de gegevens zelf kunnen worden gehaald, wat betekent dat de AI ook in staat is om zich automatisch aan te passen aan veranderingen.
Bij het IoT is de integrator en de besluitvormer altijd de mens. Bij AI gebruiken apparaten de gegevens om te leren, en nemen ze beslissingen op basis van het eerdere gedrag van de gebruiker. Meer data leidt tot betere, op AI gebaseerde beslissingen. In het geval van geslachtsherkenning bijvoorbeeld, moet de AI gevoed worden met foto's van vrouwen en mannen. Na het zien van steeds meer foto's kan AI autonoom met steeds grotere precisie beslissen of er een vrouw of een man op de gegeven foto staat.
Bij AIoT kan het systeem, dankzij de grote hoeveelheid gegevens die door de sensoren worden verzameld in combinatie met AI-methoden, zowel het gedrag van de gebruikers als de omgeving leren kennen en betere diensten verlenen. De meeste AIoT-oplossingen draaien in de cloud of rond de gateway, en een nieuwe aanpak brengt AI naar de randapparatuur. Deze laatste benadering wordt TinyML genoemd. In dit geval kunnen de IoT-apparaten hun gegevens plaatselijk bewaren, hebben ze geen internetconnectiviteit nodig en kan de reactietijd veel sneller zijn. Aan de andere kant hebben TinyML -algoritmen te maken met verschillende beperkingen, zoals een laag energieverbruik (even laag als een apparaat een jaar lang laten werken met een kleine CR2032-batterij) en een beperkte verwerkingskracht.
Voor meer gedetailleerde uitleg over het mechanisme en de mogelijkheden van AI kun je kijken naar de cursus ‘Elements of AI’.
IoT in ons dagelijks leven
We hebben nu al sensoren overal rondom ons; sommigen daarvan zijn verbonden met een netwerk, andere alleen met een plaatselijk toestel. Smartwatches meten hartslag, dagelijkse activiteiten en slaapritme en uploaden deze gegevens naar het internet. De plaats waar bussen en trams zich werkelijk bevinden, wordt verzameld op basis van GPS-gegevens en weergegeven, op een kaart, terwijl wachttijden worden weergegeven bij de haltes. Bij slimme auto’s is er een ingebouwde sensor die gegevens over de slijtage verzamelt en deelt met de eigenaar of het servicestation. Het IoT raakt wijdverspreid en daarom zullen steeds meer sensoren erop worden afgestemd. Dit bestuderen we gedetailleerder in het volgende onderdeel zodat je de mogelijke toepassingsscenario’s en de sectoren waarop dit van invloed kan zijn, beter begrijpt.
