Internet der Dinge

Wenn der Wald die Feuerwehr ruft – wie das Internet of Things uns zukünftig bei Problemen helfen kann.

Die nächste große Internetrevolution steht schon vor der Tür und beginnt, unsere Kühlschränke, Toilettenspülungen und Autos zu erobern. Es ist das so genannte Internet der Dinge („Internet of Things - IoT“), über das Geräte und Maschinen miteinander kommunizieren können und viele alltägliche Prozesse völlig automatisch ohne menschliches Dazutun ablaufen. Es macht uns irgendwie Angst, bietet aber auch enorme Chancen.

Bis zum Jahr 2020 soll es 50 Milliarden vernetzte Geräte geben – damit wären mehr Dinge als Menschen über das Internet miteinander verbunden. Was genau steckt hinter diesem Phänomen? Wie ist die soziale Reichweite des Internet der Dinge? Wie kann es dazu beitragen, soziale Probleme zu lösen?

Wie intelligente Gegenstände selbständig werden

Das Internet der Dinge verbindet Gegenstände der realen Welt virtuell miteinander. Ausgestattet mit entsprechenden Sensoren werden eindeutig identifizierbare Objekte intelligent und tauschen über eine internetähnliche Struktur untereinander Informationen aus. Die Vielzahl von Informationen und Daten, die auf diesem Wege mitgeteilt werden, wird dann mit bestimmten Softwareanwendungen und zugrunde gelegten Algorithmen ausgewertet und löst am Ende eine bestimmte, zuvor als sinnvoll definierte Aktion aus. Diese Handlung wird ohne weiteres menschliches Eingreifen durchgeführt.

Natürlich ist es nach wie vor der Mensch, der solche Prozesse zu Beginn initiiert: Er installiert die Sensoren und Aktoren, programmiert die Software, legt die Ziele fest und kontrolliert zumindest noch die Funktionsfähigkeit und Leistung des Systems. Aber nach und nach können alle notwendigen Inputvariablen, Wartungsarbeiten und auch Anpassungen zur besseren Zielerreichung vom System selbst erfragt, überwacht und geleistet werden. Was am Ende entsteht, ist ein eigendynamischer Ablauf, der mit der Zeit immer besser und intelligenter wird.

Die soziale Seite des Internet der Dinge

Anwendungsbereiche für IoT Lösungen sind sehr vielschichtig und reichen von smarten Industrieanwendungen über die optimierte Agrarwirtschaft bis hin zur intelligenten Organisation von Städten sowie Gesundheitsleistungen, Energieverbrauch oder Umweltschutz. Die hohe mediale Aufmerksamkeit, die dem IoT derzeit zukommt, ist auch stark durch die dahinter schlummernde Wirtschaftskraft dieser Innovation getrieben. Ein wichtiger Zweig sind sogenannte "Wearables"– kleine Computersysteme, die der Nutzer am Körper trägt und die Daten über u.a. seinen Puls, Körpertemperatur, Bewegungen messen und weiterleiten. Der Markt für diese Devices wie zum Beispiel der Apple Watch wächst stetig um mehrere Millionen Euro Umsatz im Jahr an. Auch in der Agrarwirtschaft, wo vernetzte Maschinen und optimierter Pflanzenanbau große Effizienzgewinne bedeuten, wird das Marktvolumen in den USA derzeit auf 1,3 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Aus der Nonprofit-Perspektive interessieren uns jedoch vor allem IoT-Lösungsansätze, die auch einen Social Impact, also einen gesellschaftlichen Nutzen, insbesondere für weniger privilegierte Menschen, mit sich bringen. In unserer Analyse ist also der Mensch der wichtigste Nutznießer maschineller Eigenhandlung. Auch hier ist die Bandbreite möglicher Anwendungsgebiete groß  – weil wir gern konkret an Beispielen den Trend aufzeigen wollen, schauen wir dieses Mal besonders auf Lösungsansätze im Themenfeld Umwelt- und Naturkatastrophenschutz.

Beste Voraussetzungen für ein soziales Internet der Dinge

Sensoren werden immer günstiger und zudem kleiner und robuster. Damit sinken nicht nur die Kosten für Beschaffung und Wartung, sondern die Einsatzmöglichkeiten steigen in allen Bereichen - auch im sozialen Sektor. Hinzu kommt, dass es bereits spezialisierte Free Open Source Software (FOSS) gibt, die jeder nutzen kann, um die per Sensor ermittelten Informationen und Daten sinnvoll zu verarbeiten.

Ein Beispiel dafür ist die offene Physical Computing Platform Arduino, die Soft- und Hardware bereitstellt, mit der interaktive Objekte gesteuert und mit den Softwareanwendungen auf Computern verbunden werden. Oder Open Data Services wie Opensensors, mit deren Hilfe Millionen von Informationen von jedem vernetzten Gerät in Echtzeit via Internet übermittelt werden können. Und schließlich noch Softewareplattformen wie xively, über die Daten gut aufbereitet zur öffentlichen Verfügung gestellt werden.

Da die Open Source Software zudem immer mehr ausreift, müssen die technischen Fähigkeiten der Nutzer nicht mehr so hoch sein. Der Zugang zum Internet der Dinge wird immer einfacher und kostengünstiger.

Ins Netz gegangen: Sensoren kommunizieren Wasserqualität

Innovative Sensoren, die direkt in Gewässern platziert werden, ermöglichen, dass Wasserqualität und Qualitätsschwankungen kontinuierlich gemessen und kommuniziert werden, so dass sehr schnell helfende Maßnahmen ergriffen werden können. Das Water Innovation Centre der Universität Bath hat dafür einen sehr kostengünstigen Sensor entwickelt, der den Anteil von Giftstoffen im Trinkwasser mithilfe von Bakterienkulturen misst und im Notfall Alarm auslöst. Auch die robuste Smart Water Platform der Firma Libelium liefert ein genaues Bild über die Wasserqualität und eignet sich besonders für die Platzierung an schwer unzugänglichen Stellen oder in rauher Umgebung.

Immer auf dem aktuellen Stand: Wasserpegel in Echtzeit

Auch Wasserpegel können per Sensor gemessen und kommuniziert werden. Zukünftig werden vielleicht vielerorts Brunnen mit günstigen Messgeräten ausgestattet sein, so dass die Menschen nicht mehr kilometerweit umsonst laufen müssen, sondern schon vorher auf elektronischem Wege informiert werden. Auch für die Menschen oder Nonprofit Organisationen, die den Bau eines Brunnens finanziell unterstützt haben, würde dann sehr transparent, ob ihre Spende auch wirkungsvoll eingesetzt wurde.

In New York trägt das Projekt Don’t flush me mit Hilfe einer IoT- Anwendung dazu bei, die innerstädtischen Wasserkanäle vor Verschmutzung zu bewahren. Wann immer die Abwasserkanalstände – per Sensor gemessen – eine kritische Höhe überschreiten, wird direkt die Nachbarschaft gewarnt, damit sie vorerst kein weiteres Abwasser in den Kanal leitet.

Sensoren für alle – Bottom up-Ansatz für bessere Luft

Luftverschmutzung ist an vielen Orten der Welt, insbesondere in den Großstädten Afrikas und Südostasiens, eine lebensbedrohende Plage. Etwa sieben Millionen Menschen sterben nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) infolge von Luftverschmutzung; fast 90 Prozent der weltweiten Stadtbevölkerung atmet Luft, deren Belastung über den empfohlenen Grenzwerten liegt. Für ein umfassendes Bild reichen die bisher ermittelten Daten meist nicht aus oder sie werden mithilfe teurer Sensoren ermittelt und nicht mit der Öffentlichkeit geteilt.

Eine neue Generation von preisgünstigen, internetfähigen Messgeräten bietet hier die Möglichkeit, zu geringen Kosten sehr dezentral und lückenlos relevante Werte zu messen. Sie können dazu beitragen, die öffentlichen Werte zu ergänzen und diese zumindest grob zu überprüfen. Ein Beispiel dafür ist das Air Quality Egg, ein eiförmiges Gerät, das über Wifi von einem Außensensor die jeweiligen lokalen Werte zur Kohlen- und Stickstoffmonoxidbelastung erhält und diese in Echtzeit über das Internet an den Open Data Service Opensensors schickt. Über die Plattform Xively werden die Daten visuell aufbereitet und für jedermann zugänglich gemacht.

Weitere Beispiele für solche günstigen, für jedermann nutzbaren Messgeräte sind das Smart Citizen Kit, der DustDuino und die Motes von Wimoto. Per Youtube Anleitung kann man die Geräte selbst zusammen bauen und so schon für 55 US-Dollar die Luftqualität vor der eigenen Haustür kontrollieren. Sicherlich zu recht wird kritisiert, dass die Qualität und die Vergleichbarkeit der Daten von solchen Billiggeräten noch nicht mit den etablierten teuren Messgeräten mithalten kann, aber wertvolle Hinweise liefern sie allemal. Darüber hinaus schaffen sie ein besseres Verständnis für die Luftqualität vor Ort und dies dürfte ein achtsameres Verhalten der Betroffenen nach sich ziehen – und am Ende eine bessere Luft.

Klimaschutz durch IoT Anwendungen

Ursachen für die schlechte Luftqualität in den Metropolen sind vor allem der Autoverkehr und das Verbrennen von Kohle, Öl und Gas. Auch eine ineffiziente Energienutzung in Gebäuden trägt dazu bei. Gemäß einer Studie der Klimaforschergruppe Carbon War Room kann das Internet der Dinge dazu beitragen, den CO2 Ausstoß jährlich um 9,1 Gigatonnen, was rund 17 Prozent der jährlichen Emissionen entspricht, zu senken. Das wäre ein Riesenschritt auf dem Weg zur Klimarettung, der vor allem durch den Einsatz intelligenter Geräte im Energiebereich, bei der Verkehrsplanung und in der Landwirtschaft gelingen könnte. Smarte Lösungen, die den privaten und industriellen Energieverbrauch effizient gestalten und zudem für Flugzeuge, Schiffe und Autos optimale Streckenverläufe ohne Staus und lange Parkplatzsuche finden, tragen hier den Großteil bei. Auch der effiziente Ackerbau, die optimierte Viehzucht und vernetzte Maschinen führen zu immensen Ressourceneinsparungen in der Landwirtschaft, die gleichzeitig Treibhausgasemissionen reduzieren.

Warnungen im Katastrophenfall

Sensoren können zwar keine Katastrophe abwenden, sie können aber bei der Früherkennung helfen, um Betroffene rechtzeitig in Sicherheit zu bringen. So werden in Spanien mithilfe von Libelium Sensoren Waldbrände und Überschwemmungen erkannt. Die Sensoren erfassen Parameter an Bäumen, die sich bei Waldbränden verändern (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO2 und CO). Bei kritischen Wertkombinationen wird sofort die Feuerwehr verständigt. Mithilfe der Sensoren erhält sie die konkreten GPS-Koordinaten, um den Brand direkt lokalisieren zu können. Ähnlich wird in Flüssen oder an Dämmen mit Hilfe von Sensoren der Wasserstand und Wasserbewegungen erfasst und im kritischen Bereich frühzeitig kommuniziert.

Rio de Janeiro wurde vor einigen Jahren von einem schlimmen Unwetter heimgesucht, das viele Menschen das Leben kostete. Daraufhin gründete die Stadt in Kooperation mit IBM Smarter Cities das Rio Operations Centre. Kontrollstationen erfassen Daten zur Wasserversorgung, dem Stromnetz, Wetter und Verkehr und senden sie direkt in das Zentrum weiter.

Im Ernstfall – der kann von Verkehrsbehinderungen bis hin zu schweren Unwettern reichen – informiert das Operations Center via Twitter seine über 50.000 Follower und sendet Benachrichtigungen via SMS oder Email.

Fazit

Unsere Welt wird von Tag zu Tag vernetzter. Das Internet of Things bietet vor allem für Designer, Entwickler und Unternehmer eine Spielwiese für Produkte und Anwendungen, die es so vorher noch nie gegeben hat. Dabei sollten wir festhalten: Wir stehen eigentlich erst am Anfang. Noch braucht es für viele, auch der hier beschriebenen Beispiele, noch immer an einem Punkt einen Menschen, der die Verwendung der übermittelten Daten zur weiteren Nutzung koordiniert. Erst wenn Geräte und Maschinen ganz ohne unser Zutun Handlungen in Gang bringen oder ausführen, ist das Internet of Things laut Definition voll entwickelt.

Für manche verheißungsvoll, wirft dieser Prozess für viele andere Fragen darüber auf, wie wir neuen, uns bisher noch unbekannten Herausforderungen begegnen wollen. Diese Skepsis trifft vor allem – aber nicht nur – auf den sozialen Sektor zu. Profitieren sollen hier vor allem schwache, benachteiligte Bevölkerungsgruppen – können und wollen wir die Verantwortung für ihr Wohlbefinden komplett Daten, Algorithmen und Maschinen überlassen?

Einige Experten, die im Bereich Internet of Things arbeiten, haben aus diesem Grund beschlossen, ein Manifest aufzusetzen, in dem sie für sich und andere einen Code of Conduct festgelegt haben. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit und immer willkommen für Anmerkungen oder Erweiterungen, verpflichten sie sich zum Beispiel nur Produkte zu entwickeln, die einen wirklichen Nutzen für den Menschen haben, die allen beteiligten Stakeholdern zu Gute kommen und die gewissen Sicherheits-und Datenschutzrichtlinien entsprechen.