Het is een fantasiebeeld uit science fiction films als Minority Report: alom aanwezige elektronica die voortdurend de omgeving afzoekt om zijn diensten aan te bieden. De werkelijkheid begint die fantasie langzaam in te halen. Het nationale onderzoeksprogramma Smart Surroundings heeft al concrete resultaten opgeleverd. Bijvoorbeeld een slim parkeersysteem.
Muizen houden van chocola. De vele cacaobonenopslagplaatsen die Nederland als knooppunt van de wereldhandel heeft, kennen dan ook muizenplagen. Deze loodsen staan daarom vol muizenvallen. Die allemaal langslopen om te kijken of ze toegeslagen hebben, kost veel tijd. Dus zou het handiger zijn wanneer de val het zelf meldt wanneer de deur dichtgeslagen is.
Op het eerste gezicht klinkt het uitrusten van een muizenval met draadloze elektronica wellicht absurd, maar het is inmiddels wel realiteit. Er bestaan cacaoloodsen met dit soort muizenvallen, vaak in combinatie met draadloze temperatuursensoren tussen de bonen, want naast muizen vormt broeien een belangrijke bedreiging voor de cacao. Alle sensoren samen vormen een netwerk van apparaatjes met een zeer laag energieverbruik, die onderling communiceren. Zo gaat het bericht door het netwerk tot het de centrale computer bereikt. Dan kan passende actie ondernomen worden. Het bedrijf Ambient Systems, een van de deelnemers aan het Smart Surroundings project, heeft de techniek hiervoor ontwikkeld.
“Smart surroundings is een parapluproject”, zegt dr. ing. Paul Havinga van de Universiteit Twente, die de regie heeft over dit onderzoeksprogramma, dat onder andere 6,5 miljoen euro ontvangt uit de bsik-gelden (aardgasbaten). “Het omvat projecten op drie niveaus. Enerzijds zijn er de apparaatjes zelf en anderzijds de middleware die ervoor moet zorgen dat ze in een netwerk efficiënt te werk gaan. Het hogere doel is uiteraard het leveren van een raamwerk waarmee toepassingen te maken zijn.”
“De totale visie van alomtegenwoordige elektronica is nog jaren weg”, erkent Havinga. “Maar sommige onderdelen zijn al bruikbaar en worden toegepast. De techniek is in de loop der tijden niet alleen beter, maar vooral goedkoper geworden.”
Hartslag
Met de hardware is het ooit allemaal begonnen. Het concept van ‘ubiquitous computing’ is vijftien jaar geleden ontstaan in de laboratoria van Xerox. Ondanks de sindsdien verbeterde en goedkopere technologie, blijft het woekeren met de middelen.
Omdat het gaat om netwerken met algauw honderden apparaatjes, moeten die goedkoop zijn. Ze bestaan doorgaans uit een sensor, antenne, kleine processor, een beetje geheugen en een batterijtje. Dat laatste verklaart waarom zuinig omgaan met energie nodig is: je wilt niet om de haverklap de batterijtjes van honderden apparaatjes moeten vervangen.
Die zuinigheid vormt ook een van de ratio’s achter het communicatiemodel. Contact onderhouden met een verafgelegen centrale computer kost meer energie dan met de buurman. Liefst moet een apparaatje zich zo passief mogelijk opstellen, alleen een signaal uitzenden als de sensor iets te melden heeft (en om de zoveel tijd een ‘hartslag’ om te laten merken dat hij nog werkt). Dat signaal wordt opgepikt door de buren, die het doorgeven. Gezien over het hele netwerk leidt dit tot veel minder energieverbruik.
“Het gaat niet alleen om energie, maar ook om bandbreedte”, vult Havinga aan. “Als duizend apparaatjes door elkaar heen gaan tetteren, krijg je een kakofonie waarin de signalen verloren gaan.”
Voor de huidige praktijk, zoals de cacaoloodsen, voldoen de meest recente communicatieprotocollen voor draadloze sensornetwerken, maar er liggen op dit vlak nog meer uitdagingen. Als dit soort netwerken echt alomtegenwoordig zijn, zullen ze ook met elkaar gaan concurreren om bandbreedte. Protocollen moeten daarmee om kunnen gaan. Ongetwijfeld komen er op een bepaald moment ook aanvallen op dit type netwerken, en dan krijgen de apparaatjes het met hun geringe rekenkracht (en dus beperkte cryptografische mogelijkheden) moeilijk. Allemaal zaken waar de onderzoekers van Smart Surroundings zich over buigen.
Privacy
“Wat toepassingen betreft richten we ons momenteel op twee grote settings, office en well-being”, vertelt Havinga. “Kantoortoepassingen zijn grootschalig, zowel in aantal apparaatjes als de ruimte die bestreken wordt, terwijl gezondheidstoepassingen persoonlijk gericht zijn, met een actieradius van een paar meter. Er zijn natuurlijk ook combinaties mogelijk – denk bijvoorbeeld aan stressmanagement. In dergelijke gevallen moeten de office- en well-being systemen natuurlijk wel op elkaar aansluiten.”
Bovendien is er in dat laatste geval een privacyprobleem. De printer en de airconditioner op kantoor hoeven niet te weten dat je een pacemaker hebt of zwanger bent. “We doen er alles aan om te voorkomen dat dergelijke systemen een big brother worden”, zegt Havinga. “De gebruiker bepaalt zelf of hij iets wil of niet. Juist het feit dat er geen centrale verwerking is, beschermt de gebruiker.”
Een van de kantoortoepassingen waaraan binnen Smart Surroundings gewerkt wordt, is de intelligente badge, die voortdurend met zijn omgeving communiceert. Een bezoeker wordt bijvoorbeeld met pijlen op schermen, die hem herkennen, de juiste kant op geleid. Als hij invalide is, wordt hij niet naar een trap gestuurd.
Koraalrif
De toepassingsmogelijkheden zijn legio. Er wordt bijvoorbeeld nagedacht over licht- en temperatuursensoren op voedselverpakkingen. Als een pak diepvriesspinazie boven een bepaalde temperatuur komt, slaat het alarm. Wanneer er tijdens transport licht bij komt, is er misschien sprake van een poging tot diefstal. In de chemie en olie- en gasindustrie is het van essentieel belang dat sommige chemicaliën niet bij elkaar in de buurt komen. Wat is er dan makkelijker dan de verpakkingen zelf alarm te laten slaan? En als je dan toch bezig bent, kun je ook aan de hand van zijn badge bepalen of een medewerker überhaupt wel in de buurt mag komen.
Een project waar Havinga ook bij betrokken is, betreft het Grote Barrièrerif. Door de opwarming van de aarde wordt dat bedreigd, want koraal is een zeer gevoelig diertje dat alleen onder ideale omstandigheden gedijt. Australische biologen meten daarom voortdurend de watertemperatuur op veel plaatsen op het rif.
Traditioneel liet men daarvoor een opstelling in het water zakken, om die na een maand of drie weer op te halen. Bleek dan dat de meter al op de tweede dag kapot ging, dan zat er een gat van drie maanden in de meetgegevens. Inmiddels is een netwerk van onderling communicerende boeien geïnstalleerd, met een weerstation als centraal punt, zodat de informatie real-time beschikbaar is.
Zolang het veld van denkbare toepassingen blijft groeien, zal de alomtegenwoordige elektronica meer en meer belangstelling blijven trekken. In het zevende kaderprogramma voor wetenschappelijk onderzoek van de Europese Unie is nu een belangrijke rol weggelegd voor deze technologie. Europa zoekt een middenweg tussen het gadgetgekke Japan en de Verenigde Staten, die vooral militaire toepassingen verkennen.
Mobiel bellen zonder basisstation
Als een netwerk van kleine, draadloze sensoren in totaal zuiniger is wanneer ze via elkaar communiceren in plaats van individueel met een basisstation, zou dat in principe ook moeten gelden voor mobiele telefoons. Dit heeft natuurlijk veel technische haken en ogen, omdat mobieltjes bewegen en je dus niet zeker weet of het andere mobieltje via wie je verbinding legt met een basisstation een seconde later nog beschikbaar is.
In een omgeving met honderden mobieltjes (en in de toekomst vele andere apparaten) hoeft dat echter geen onoverkomelijk bezwaar te zijn. Het is een kwestie van goed overgeven, zoals nu al moet gebeuren wanneer het mobieltjezich uit het bereik van de ene antenne en binnen dat van een andere begeeft. Als de dichtheid van mobieltjes hoog genoeg is, hoeft er misschien helemaal geen basisstation meer aan te pas te komen.
De gedachte van peer-to-peer mobiele communicatie is onder andere verkend tijdens het inmiddels afgeronde project Cactus (Context-Aware Communications, Terminal and User) van de TU Delft en TNO. Naast technische aspecten kwamen daarin ook gebruiksaspecten aan de orde, die een rol gaan spelen zodra draadloze of mobiele netwerken met verschillende eigenaren contact maken.
Bijvoorbeeld: niemand vindt het leuk als zijn batterij leegloopt doordat anderen via zijn mobieltje gesprekken doorgeven. De menselijke reflex zal zijn zo min mogelijk aan het netwerk bijdragen en er zoveel mogelijk uithalen. Als iedereen zo redeneert, houdt het netwerk op te bestaan. Een slimme omgeving met meerdere eigenaren werkt alleen als er een afrekenmechanisme aanwezig is.
Elke parkeerplek zijn eigen sensor
Nedap, in de publiciteit van de laatste maanden vooral bekend om zijn stemmachines, won vorig jaar tijdens de Intertraffic-beurs, de Innovation Award in de categorie parkeren met zijn Sensit-systeem dat bestaat uit een draadloos netwerk van sensoren op parkeerplaatsen die detecteren of er een auto staat. De informatie golft door het netwerk naar een centrale computer.
Op deze manier kan de beheerder van een parkeergarage precies zien welke plaatsen nog niet bezet zijn en binnenrijdende auto’s met elektronische pijlen naar een vrije plek leiden. Dat voorkomt opstoppingen in de garage. Omdat de sensoren noch voor datacommunicatie noch voor voeding een draad nodig hebben, valt het systeem uitstekend in te bouwen in bestaande parkeergarages. Dat was voor de jury van de Innovation Award een belangrijke overweging de prijs toe te kennen aan Nedap, dat een van de deelnemers is in het consortium van Smart Surroundings.
In de toekomst is het zelfs denkbaar dat navigatieapparatuur met de sensoren communiceert, zodat de bestuurder via zijn vertrouwde schermpje en stem instructies krijgt. Tenzij de sensoren direct zijn doorgeschakeld naar de automatische parkeerfunctie, want dan hoeft de bestuurder helemaal niks meer te doen.
