Embedded-KI Wie Embedded-KI Smart-Home-Anwendungen energieeffizienter und sicherer macht

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Das Smart Home ist Realität. Die Beleuchtung wird per Sprache eingeschaltet oder die Kaffeemaschine via App vom Sofa aus gestartet. Prognosen bescheinigen dem Markt starkes Wachstum. Damit nehmen aber auch die Herausforderungen zu.

Während im Jahr 2020 erst 9,5 Millionen deutsche Haushalte mit smarter Technologie ausgerüstet waren, erhöhte sich diese Zahl in den vergangenen Jahren auf mittlerweile 19,4 Millionen. Prognosen rechnen mit einem Wachstum bis zum Jahr 2028 von 39,6 Millionen, was einer Zunahme von 104,12 Prozent entspräche.

Smarte Geräte kommen besonders häufig in Form von Lampen und Leuchten (36 Prozent), Heizkörper-Thermostaten (25 Prozent), Videoüberwachung (25 Prozent), Alarmanlagen (24 Prozent), Staubsauger- (22 Prozent) oder Rasenmäher-Robotern (18 Prozent) zum Einsatz. Dazu gesellen sich immer öfter Haushaltsgeräte, Jalousien und Rollläden, Türkommunikation und Sicherheitskontrollen beziehungsweise Einbruchschutz sowie Gefahrenmelder, wie etwa Rauchmelder.

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„Die Akzeptanz beim Nutzer und der Einsatz von smarten Geräten steigt kontinuierlich. Parallel nehmen die Herausforderungen zu, die zum Problem für den Smart-Home-Markt werden können. Diese reichen von Datenschutz bis zur Energieeffizienz,“ ist Viacheslav Gromov, Geschäftsführer des Embedded-KI-Entwicklers AITAD, überzeugt.

Wer schützt die Daten und sichert den reibungslosen Betrieb

Mit der zunehmenden Zahl smarter Geräte wächst auch die Menge der erfassten Daten. Dabei werden sensible Daten (darunter auch personenbezogene Daten) in Umlauf gebracht, die in Zeiten der Cyberkriminalität und des Phishings eines erhöhten Schutzes bedürfen. Eine gefährliche Korrelation besteht auch zwischen dem Anspruch auf Flexibilität und Einfachheit der Smart-Home-Anwendung auf der einen und der damit verbundenen geringeren Qualität und Datensicherheit auf der anderen Seite.

Durch die einfache Gestaltung werden Grundsätze der Sicherheit häufig vernachlässigt, die beispielsweise das Abgreifen von Daten erleichtern. Bei steigender Zahl der Geräte und Datenrate, kann es zur Überlastung des Internetzugangs kommen, was sich negativ auf die Performance der Geräte auswirkt. Ein weiteres Problem ist der hohe Energie- und Ressourcenbedarf vernetzter Geräte, der durch hohe Anforderungen an Konnektivität, Bandbreite und entfernter Verarbeitung von großen Datenmengen verursacht wird. „Koppelt man smarte Geräte zumindest teilweise vom Internet ab und nutzt Embedded-KI zur Datenverarbeitung, so führt dies zu einer effizienten, stabilen und ressourcenschonenden Lösung,“ erklärt Gromov.

Smart-Home-Lösungen liebäugeln mit künstlicher Intelligenz

„Eingebettete“ Künstliche Intelligenz (Embedded-KI) ist folgerichtig der nächste Entwicklungsschritt in der Smart-Home-Technologie. Embedded-KI ermöglicht es, die Intelligenz direkt ins Gerät zu bringen – ohne aktive Verbindung zu einer Cloud oder einem Rechenzentrum.

Diese Technologie besticht vor allem durch ihre autarke Arbeitsweise. Die Datenverarbeitung findet direkt vor Ort statt, der Transfer mitunter großer Datenmengen zu einer Cloud oder einem Rechenzentrum entfällt. So werden Energie- und Konnektivitätsbedarf verringert und Schnittstellen, die zum Einfallstor für Angriffe werden könnten, vermindert. Anstelle von diffusen Datenmassen werden lediglich Auswertungsergebnisse übertragen, in der Regel sind das nur wenige Bytes.

„Embedded-KI sorgt für mehr Energieeffizienz und erhöhte Datensicherheit – zwei Aspekte, deren Bedeutung mit der steigenden Zahl von smarten Geräten exponentiell wächst. Die KI sitzt auf einem kleinen Chip im Gerät. Der Einsatz ist damit in nahezu allen Umgebungen möglich, in denen Smart Home-Anwendungen wirken,“ so Gromov.

Anwendungsszenarien für autarke Embedded-KI

Ob Kaffeemaschine, Mixer oder Spülmaschine – die Zahl smarter Produkte im Haushalt wächst ständig. Embedded-KI bringt weitere und neue Möglichkeiten und sorgt gleichzeitig für die effizientere und sicherere Nutzung auf vielen Ebenen. Das beginnt schon beim Betreten des Hauses.

Mittels Gesichtsunterscheidung öffnet sich die Haustür einem autorisierten Personenkreis, zum Beispiel den Mitgliedern der Familie. Da Embedded-KI lokal arbeitet, werden keine biometrischen Daten übertragen, sondern nur die Erkenntnis, um welche der autorisierten Personen es sich handelt. „Das funktioniert so einfach, wie wir es bereits vom Smartphone kennen – oft mit einer Nahinfrarotkamera oder Time-of-Flight sowie einem kurzen Lernvorgang durch mehrmaliges Hineinsehen“, verdeutlicht Gromov.

Hat man die Türschwelle übertreten, übernimmt Embedded-KI die intuitive Steuerung von Beleuchtung und Belüftung. Zur Optimierung der Belüftung wird, wie bei der Heizung auch, berücksichtigt, wie viele Personen sich aktuell im Raum befinden. Das geht durch sogenannte VOC- oder PM-Sensoren (Particle Matter), die mit KI in ihrer Dynamik ausgewertet werden. So lassen sich klimatische Bedingungen sowie die tageszeitabhängige bzw. für die jeweiligen Tätigkeiten angepasste Beleuchtung optimieren. Feuer- oder Rauchmelder erkennen mit Hilfe von Embedded-KI nicht nur Gefahren, sondern auch Panik oder Stress und lösen einen spezifischen Alarm aus. Als Technologie kommen dann höher auflösende Time-of-Flight bzw. Wärmebildtechnologien zum Einsatz.

Werden Heizkörper (oder auch die Wärmepumpe) mit Hilfe von Embedded-KI überwacht, können nicht nur deren reibungslose Funktion gewährleistet, sondern auch der Energiebedarf optimiert und Kosten gesenkt werden. So wird die Wohnung effizient auf die gewünschte Temperatur beim entsprechenden Nutzungsmuster (es reicht oft auch nur mit ein Bewegungspixel) gebracht – Embedded-KI wählt dann den optimalen Zeitpunkt für Heizbeginn und optimiert die Innentemperaturen.

Intelligente Jalousien und Rollläden entscheiden je nach Lichteinstrahlung über die Raumbeschattung. Mit Hilfe einer intelligenten Verschleißerkennung sind Schäden frühzeitig erkennbar und behebbar. Diese Predictive Maintenance Technologien beruhen beispielsweise auf Vibrations-, Strom- oder Geräuschmustern.

Ein Herd, der riechen kann

Auch Geräte, die heute bereits als smart gelten, bieten Potenzial für den KI-Einsatz. So ist die Kaffeemaschine komplett mit der Stimme und ohne App steuerbar, wodurch auch Gäste das Gerät einfach nutzen können (KWS, Keyword Spotting). AITAD-Chef Gromov ist überzeugt, dass alle Bereiche der Küche, bei denen man bisher Knöpfe drücken oder einen Regler bedienen musste, für Embedded-KI in Frage kommen: „Wir haben bereits Herden das Riechen beigebracht. So können diese in Zukunft erkennen, ob das Essen anbrennt oder die Topf-Speisen überkochen.“

Auch bei kleinen Haushaltshelfern wie Fensterputz- oder Staubsaugroboter bietet Embedded-KI Vorteile. Diese liegen neben der Performance-Überwachung (zum Beispiel Tracking der Beutelfüllung) in der Hindernis- und Objekterkennung. Der automatische Staubsauger wird künftig deutlich effektiver und problemloser durch die eigene Wohnung navigieren, wenn die Steuerung mit erstellten Karten nicht übers Internet, sondern voll-autark läuft.

„Die Vorteile sind so vielfältig wie die Anwendungen auf dem Markt für Smart Home Applications. Unternehmen sollten bereits heute umdenken, bevor sie in einigen Jahren vor großen Problemen stehen. Nämlich dann, wenn die Geräte nicht mehr stabil funktionieren oder es neue Verordnungen für Energieeinsparungen, etc. gibt. Wenn die Hersteller von Smart-Home-Geräten sich bereits heute für Embedded-KI entscheiden, beugen sie nicht nur den gängigen Herausforderungen und Problemen vor, sondern setzen sich auch entscheidend von ihren Konkurrenten ab,“ so Viacheslav Gromov, Geschäftsführer AITAD, abschließend. (mk)

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