De onzichtbare computer

De onzichtbare computer is een visie op de toekomst van de informatiemaatschappij waarin technologie naar de achtergrond van ons leven verdwijnt en opgaat in onze (fysieke) omgeving. Hiermee kan onze leefomgeving intelligent reageren en anticiperen op onze wensen en behoeften. Dit wordt wel ambient intelligence genoemd.

 

De onzichtbare computer is een thema waarvan de grondbeginselen zo’n 15 jaar geleden zijn bedacht door Marc Weiser van Xerox PARC, onder de naam ubiquitous computing. Weiser: "Our highest ideal is to make a computer so embedded, so fitting, so natural, that we use it without even thinking about it". Hij noemde ubiquitous computing de derde generatie van computers (na de mainframe en de PC). Computers zullen naar de achtergrond verdwijnen. Het klassieke beeld van wat een computer is, zal moeten worden verlaten. Ubiquitous computing strekt zich uit over het hele scala van informatie-, data- en signaalverwerking. Dalende kosten en miniaturisatie maken het mogelijk om bewerkingskracht (en daarmee tot op zekere hoogte intelligentie) in te bouwen in allerlei alledaagse voorwerpen variërend van kleding tot koelkasten. De opbloei van een breed spectrum van embedded devices (van piepkleine tot in de hand draagbare toestellen) zal ervoor zorgen dat deze apparaten in de toekomst overal zullen opduiken. Via (draadloze) netwerktechnologie kunnen deze apparaten ook onderling communiceren. De combinatie van gedistribueerd en embedded wordt bijzonder belangrijk.

 

Ambient intelligence bouwt voort op ubiquitous computing en voegt er nog twee aspecten aan toe. Ten eerste wordt intelligentie een integraal onderdeel van het netwerk. Met andere woorden: de apparaten die de gebruiker hanteert, zijn eenvoudig en draadloos verbonden met een netwerk waarin al het rekenwerk plaatsvindt. Ten tweede spelen nieuwe interactieconcepten een centrale rol. Het is zeer belangrijk gebruikers de mogelijkheid te bieden op een natuurlijke wijze om te gaan met omgevingen waarin de elektronica volledig is geïntegreerd. Het systeem moet in staat zijn zichzelf te configureren, installeren, diagnosticeren en onderhouden. Het moet zich kunnen aanpassen aan de gebruiker of aan (drastische) veranderingen in de omgeving en zich intuïtief laten aansturen. Het ontwerpen van dergelijke systemen en toepassingen is een disciplineoverschrijdende uitdaging: microtechnologie, embedded systemen, draadloze communicatie, ad hoc gedistribueerde toepassingen, privacy, interactieve systemen, taaltechnologie, enz.

 

Ambient intelligence is voor een aantal bedrijven richtinggevend bij de ontwikkeling van nieuwe producten en services, met name in de consumentenelektronica. Daarnaast is ambient intelligence op voorspraak van ISTAG (IST Advisory Group) een van de leidende thema’s in het Europese kaderprogramma voor onderzoek.

 

 

 

De grote uitdaging van de onzichtbare computer ligt ongetwijfeld in het multidisciplinaire karakter (elektronica, software, mechanica en vele disciplines daarbinnen) en in het ontwerp van het hele systeem, dat gelijktijdig vele (vaak tegenstrijdige) eisen stelt, veelal specifiek voor het domein waarin het moet functioneren. Daarnaast vormen de vereiste eigenschappen netwerkintelligentie en intuïtieve interactie uitdagende onderzoeksrichtingen waarbinnen vele aspecten te onderscheiden zijn.

 

Minimale resources: De onzichtbare computer zal vaak volledig geïntegreerd zijn in zijn omgeving. Dit leidt tot strenge eisen aan de grootte, de beschikbare capaciteit en het energieverbruik. De basis hiervoor dient te worden gelegd door hardwaretechnologie die er nu nog niet is. Er ligt een niet-triviale taak voor ICT-onderzoekers om deze ideeën te vertalen in werkbare realiteit. Daarnaast moet de software om kunnen gaan met beperkte hardware resources (geheugen, processorkracht, bandbreedte, energie).

 

Dependability: Het systeem moet zo betrouwbaar en robuust zijn dat men zich ervan afhankelijk kan maken. Tevens moet het systeem inherent veilig functioneren en beveiligd zijn tegen misbruik. Vaak betekent dit ook dat het systeem altijd tijdig moet reageren.

 

Gedistribueerd systeem: Het systeem werkt gedistribueerd, gebruik makend van andere apparaten in zijn omgeving. Een toepassing kan zich verspreiden over verschillende apparaten of dynamisch zijn functionaliteit uitbreiden door gebruik te maken van de mogelijkheden op een ander apparaat. Schaalbaarheid en betrouwbaarheid zijn hierbij essentieel. Het zou hierbij ondersteund kunnen worden door een uniform programmeermodel voor gedistribueerde systemen.

 

Diversiteit: De systemen dienen in staat te zijn diverse toepassingen ten dienste van verschillende gebruikers te ondersteunen, met potentieel conflicterende belangen. Gebruikers, toepassingen en apparaten dienen te wedijveren voor de schaarse resources. De semantiek speelt hiernaast een essentiële rol: het is niet vanzelfsprekend dat computers die "elkaar tegen komen" elkaar kunnen begrijpen en dus gezamenlijk iets nuttigs kunnen doen.

 

Onzekerheid, dynamiek, en evolutie: Onderzoekers zullen zich moeten richten op een dynamische en inconsistente wereld, die voordurend zal veranderen en die te maken heeft met gebruikers met verschillende wensen en inzichten. Er zullen veelvuldig fouten optreden, veroorzaakt door bijvoorbeeld onbetrouwbare communicatie of door de beperkte resources. Door de schaalgrootte zullen deze fouten inherent aanwezig zijn. De systemen moeten dusdanig ontworpen worden, dat ze in zo’n onzekere en veranderende wereld efficiënt en effectief kunnen blijven werken, en zich kunnen aanpassen aan de verschillende en veranderende omgevingen.

 

Interactie: Zodra de computer meer op de achtergrond komt, wordt begrijpbaarheid een fundamentele uitdaging met twee perspectieven: hoe kunnen systemen de wensen van de gebruikers achterhalen, en hoe kunnen gebruikers de verrijkte omgeving begrijpen als ze zijn opgebouwd uit een dynamische en spontane samenvoeging van diensten. Een natuurlijke interactie tussen gebruikers en de systemen is essentieel. De interfaces van de systemen zijn hierbij van groot belang.

 

Privacy: Een alom aanwezige alles controlerende omgeving is onwenselijk. Het is voor de acceptatie van dergelijke systemen dan ook essentieel dat de privacy van de gebruikers kan worden gewaarborgd, terwijl tevens de gewenste functionaliteit kan worden gegeven.

 

De technologie heeft zich de laatste jaren dusdanig ontwikkeld, dat het nu mogelijk is geworden om een goede start te maken met de realisatie van de visie op de onzichtbare computer. Hierbij kan voortgebouwd worden op methoden ontwikkeld voor embedded systemen. Echter, waar onzichtbare computers in een hen volstrekt onbekende omgeving moeten kunnen werken, geldt dat niet voor embedded systemen. Die werken vaak in een zeer specifieke context en zijn daarvoor geoptimaliseerd. In de hele wereld zijn al diverse onderzoeksgroepen bezig met het thema, en er worden goede resultaten bereikt binnen sommige, vaak specifieke, toepassingen. Onderzoek dat zich richt op concrete doelstellingen, waarvan het belang en de maatschappelijke aanvaardbaarheid nu al goed kan worden afgeschat, zou nu uitgevoerd kunnen worden. Gedacht kan worden aan toepassingen in de industriële sector (industrie, transport en logistiek, winkels), maar ook in sectoren waarin omgevingsintelligentie actueel en urgent begint te worden, zoals de gezondheidszorg, beveiliging en milieu.

 

Er is een brede waaier aan onderzoeksrichtingen van belang, o.a. microtechnologie (IC’s met ultralaag vermogen, geïntegreerde en slimme antennes, driedimensionale integratie, hogedichtheids-energieopslag). Maar ook ontwerp: efficiënte computerarchitecturen, ontwerp op systeemniveau (system level design), gecombineerd ontwerp van hardware en software (hardware/software codesign) en vertrouwenswaardigheid van systemen (dependability, dit is de combinatie van betrouwbaarheid, robuustheid, veiligheid en beveiliging).

 

Daarnaast zijn talloze onderzoeksrichtingen van belang die raken aan de andere thema’s, zoals

·       alternatieve energiebronnen

·       draadloze communicatie (De genetwerkte wereld)

·       ad hoc-netwerken (De genetwerkte wereld)

·       gedistribueerde systemen en hun ontwerp (Methoden voor ontwerpen en bouwen)

·       privacy (Digitale veiligheid)

·       gebruikersinterfaces (Digitale beleving)

·       taaltechnologie (Digitale beleving)

·       augmented reality (Digitale beleving)

·       software radiotechniek (De genetwerkte wereld).

 

De integratie van deze diversiteit aan onderzoeksrichtingen is essentieel om een effectieve kruisbestuiving mogelijk te maken en de onzichtbare computer werkelijkheid te laten worden. De resultaten van het onderzoek in dit thema zijn relevant voor andere thema’s, en omgekeerd leunt de realisatie van de onzichtbare computer zwaar op basistechnologieën die binnen andere thema's worden ontwikkeld.

 

Op korte termijn kan een aantal toepassingen worden bestudeerd die gebruik maken van de reeds bestaande technologie en methodiek, om hierdoor een beter begrip te krijgen van de mogelijkheden van de systemen en de wensen van de gebruikers. Met name zullen onderzoekers zich op korte termijn moeten bekwamen in een of meer toepassingsgebieden.

 

Maatschappelijke toepassingen

De toepassingen van de onzichtbare computer zijn heel uiteenlopend. Gegeven dat verreweg het grootste deel van de apparatuur embedded en intelligent zal zijn, kan de impact op ons leven van de toepassing in ubiquitous computing en ambient intelligence fenomenaal zijn. De onzichtbare computers behoren uiteraard tot de “High tech-systemen”, maar zullen allerlei informatie over ons en onze omgeving verzamelen ten behoeve van zorg op maat en smart health surroundings (“Zorg”), landbouw op maat (“Bloemen en levensmiddelen”), voertuigen (“Mobiliteit”), “Onderwijs” en “Veiligheid”.

  

ICT-diciplines

Door het multidiciplinaire karakter zijn er veel relevante disciplines aan te wijzen. Belangrijke zijn:

·       Antennas and Propagation

·       Circuits and Systems

·       Computer Architecture

·       Computer-Human Interaction

·       Computers

·       Data communication

·       Embedded Systems

·       Mobile Systems

·       Operating Systems

·       Software engineering

 

M. Weiser. The Computer for the Twenty-First Century, in: Scientific American, September 1991, 94-10.

 

E. Aarts and S. Marzano, eds. The New Everyday, Views on Ambient Intelligence, 010 Publishers, Rotterdam, 2003.

 

Embedded, Everywhere: A Research Agenda for Networked Systems of Embedded Computers, CSTB Publications, 2002.