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Smartes Licht

»Wir machen Licht begreifbar.«

11. Mai 2020, 13:12 Uhr   |  Selina Doulah

»Wir machen Licht begreifbar.«
© Shutterstock

Das Forschungsprojekt OpenLicht startete im September 2016 und steht für intelligentes, individuelles Lichtdesign auf Basis von Open Source und künstlicher Intelligenz. Im Interview erzählt Juan Mena-Carrillo, R&D Projekt Manager Infineon, wie die Idee und der erste Prototyp entstanden ist.

neo: Wie seid Ihr auf die Idee für das Forschungsprojekt »OpenLicht« gekommen?

Juan Mena-Carrillo: Infineon entwickelt Sensor-, Power- und Sicherheitstechnologien für das Internet der Dinge. Gerade für Smart Building sehen wir noch viel Potenzial, Lösungen einfacher, sicherer und umweltfreundlicher zu machen. Bei unserer Beschäftigung mit »smartem Licht« sind wir auf das Problem gestoßen, dass oft die verschiedenen Komponenten untereinander nicht kompatibel sind. Wir wollten erforschen, ob und wie sich ein modularer und offener Ansatz eignet.

Was ist das Ziel der Forschung?

Das Motto von OpenLicht ist: »Wir machen Licht begreifbar«. Wir wollten völlig neuartige Erlebnisse von Lichtanwendungen erforschen und möglich machen: Licht adaptiv, individuell und intuitiv einzusetzen. Vor allem die Anwender sind uns dabei wichtig. Wir wollen viele Menschen dazu ermutigen und befähigen, kreativ mit Licht umzugehen. Moderne, intelligente und nicht zuletzt stromsparende Beleuchtungssysteme sollten in der Gesellschaft mehr Verbreitung finden. Wir wollen den Zugang erleichtern und damit die Akzeptanz steigern. Letzt- lich sollte jeder interessierte Mensch die Möglichkeit haben, »State-of-the-Art-Technik« zu nutzen, um modernes, smartes Licht selbst weiterzuentwickeln.

Wie funktioniert der Prototyp?

Der Prototyp ist ein intelligentes Beleuchtungssystem. Das Licht verändert sich automatisch je nach der Aktivität von Personen in einem Raum. Beim Betreten des Raumes leuchtet das Licht heller und stärker. Beim Fernsehschauen ist es gedimmt. Das Licht wird an die Bedürfnisse der Nutzer stetig angepasst. Es lernt die Präferenzen und verändert sich mit den Personen mit. Der Nutzer muss also nicht aktiv mit dem System interagieren, nachdem es »ausgelernt« ist. Um die verschiedenen Situationen zu identifizieren, ist der Raum mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet, unter anderem mit Magnet-, Helligkeits- oder Infrarotsensoren. Es kann bis zu einem gewissen Grad auch auf nicht erlernte Gegebenheiten reagieren. Möglich wird das Lernen durch Machine-Learning-Algorithmen, wobei das Herz des Systems aus einem Rasperry Pi und »openHAB« besteht, einem Open Source Framework für das Smart Home. Das intelligente Licht lernt also, intuitiv auf den Nutzer zu reagieren. Es ist aber auch zusätzlich per App, über die Sprach- oder Gestensteuerung bedienbar.

Wie genau funktioniert der Open-Source-Ansatz? Was kann die Community zu dem System beisteuern beziehungsweise wie kann sie den Ansatz erweitern?

Open Source ist der Hebel, um die im Projekt erforschte Technik für Jedermann nachhaltig zugänglich zu machen. Damit wird eine breite, sogenannte Bottom-Up-Innovation möglich. In der Hardwarebranche sind Rasperry Pi und die Arduino-Plattformen erfolgreich. Diesen Open-Source-Gedanken wollten wir in der »Software on the Edge«, also Software in lokalen Netzen, mit Beleuchtungsanwendungen für Smart Home voranbringen.

Unsere Softwareergebnisse kann jeder nutzen. Unser System kann dadurch immerzu mit neuen Features und Funktionen erweitert werden. Wir haben unsere Ergebnisse als Erweiterungen für openHAB implementiert: Die Open-Source-Machine-Learning-Bibliothek »Encog« wurde im Projekt so angepasst, dass sie in openHAB verwendet werden kann. Außerdem haben wir sogenannte Bindings realisiert, die die Integration von verschiedenen Sensoren, wie Druck- oder Radarsensoren, leicht macht.

Wie ist bei dem intelligenten Licht die Privatssphäre gesichert?

Das ist ein ganz wichtiger Punkt. Wir haben viele Umfragen im Rahmen von OpenLicht durchgeführt und dabei erkannt, dass die Frage der Privatsphäre eine große Hürde für die Akzeptanz von Smart-Home-Systemen ist. Darum wollten wir dieses Problem lösen und haben dazu zwei Wege verfolgt: Auf dem ersten Weg setzen wir ein Hardware-basiertes Trusted-Plattform-Modul ein, das das System durch Verschlüsselung und Wahrung der Systemintegrität, zum Beispiel gegen Hackerangriffe, schützt. Auf dem zweiten Weg werden die Algorithmen im Lokalnetz, also im Edge, ausgeführt. Dadurch benötigen die Nutzer keine ständige Internetverbindung. Sensible Daten können lokal verarbeitet und müssen nicht in die Cloud geschickt werden.

Wie effizient ist der Energieverbrauch? Zwar spart die angepasste Lichtnutzung Strom, dafür verbraucht aber die Technik dahinter viel Energie, auch durch den erhöhten Datenverkehr?

Klar, Energieeffizienz und CO2-Ausstoß sind die großen gesellschaftlichen Themen unserer Zeit. Genau deswegen sollten wir auf intelligente Systeme umsteigen: Nach unserer Schätzung ließe sich der Energieverbrauch durch die automatische Anpassung wie Dimmen und Ausschalten um weit mehr als 50 Prozent reduzieren, wenn man Licht auf die Anwesenheit, Position und Präferenz von Menschen genau einstellt und auch das Tageslicht berücksichtigt. Selbstlernende Systeme können meiner Meinung nach weit mehr Einflussfaktoren zur Lichtregelung mit einbeziehen, als es der Mensch im Alltag tut. Der zusätzliche Energieverbrauch, der durch den Einsatz von neuer Regelungstechnik entsteht, wird bei uns durch den lokalen Ansatz reduziert, da der Datentransport in die Cloud vermieden wird.

Wie funktioniert das »modulare Technologie-Plattformkonzept«? Wer ist beteiligt, wie sind Teilnehmer vernetzt, worüber tauschen sie sich aus?

Modulare Ansätze funktionieren nach dem Baukastenprinzip. Hardware, Software sowie vorhandene Realisierungen und Prototypen dienen als Basis für weitere Neuentwicklungen. Mit den geschaffenen Entwicklungsumgebungen und Tools werden Entwicklungszeiten und Kosten reduziert. Zum Beispiel erlaubt die Machine-Learning-Erweiterung von OpenHAB ein einfacheres Prototyping von KI-Anwendungen. Darüber hinaus lassen sich durch die sogenannten Bindings einige Sensoren einfacher in Anwendungen integrieren. Es war uns wichtig, nicht nur professionelle Lichtanwender anzusprechen, sondern auch Maker, Bastler und Schüler. Deshalb haben wir in Rahmen von Workshops mit Werkzeugen gearbeitet, wie sie in Fablabs zu finden sind, etwa mit 3D-Druckern. Ansprechende 3D-Designs können auf »Thinvigerse« runtergeladen werden. Gerade die Kinder hatten einen großen Spaß, selber kreativ zu werden und modernes Licht zu designen. Wir haben verschiedene Vorlagen für Designerlampen erstellt, haben sie in DIY-Anleitungen zum Nachbauen ausführlich beschrieben und zum Beispiel auf »Hand im Glück« öffentlich verfügbar gemacht. Damit soll Jedermann zum Lampenbauen ermutigt werden und kann dabei sein individuelles Design erstellen. Wir hoffen damit, die Menschen zu inspirieren, ihre eigenen Ideen selbst umzusetzen.

Welche Anwendungsbeispiele gibt es? Wo ist OpenLicht überall einsetzbar?

Unser derzeitiger Prototyp funktioniert für einige einfache Anwendungsfälle für einen Smart-Home-Nutzer. Er dient als Grundlage für die weitere Erforschung, wie OpenLicht-Ergebnisse in anderen Anwendungskontexten eingesetzt werden können, zum Beispiel in Smart Offices, in Stadien, oder in Geschäften.

Wer sind die Köpfe hinter OpenLicht?

Hinter OpenLicht steckt ein kompetentes Konsortium, das von Infineon Technologies koordiniert wurde. Weitere Partner sind Bernitz Electronics, die Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität Dresden. Wir waren ein bunt gemischtes Team. Zusammengearbeitet haben IngenieurInnen und WissenschaftlerInnen aus den Disziplinen Informatik, Elektrotechnik, Mechatronik und Soziologie. Sie haben gemeinsam Ideen in Form von Hard- und Software umgesetzt. Besonders freut mich, dass wir durch die Kompetenzen in den Bereichen Wissensvermittlung und DIY-Projekte sogar Kurse für Kinder und Studenten entwickeln konnten, in denen Technik und somit Wissen durch das Thema Licht vermittelt wird. Das Bundesforschungsministerium hat das ganze Projekt gefördert.

» Vielen Dank für das Gespräch

Juan Mena-Carrillo arbeitet als R&D Projekt-Manager im Bereich Smart Lighting und IoT bei Infineon. Er hat einen Abschluss in Elektrotechnik der Universität Granada, Spanien, und arbeitet bereits seit 2005 für Infineon. Auch in seiner Freizeit bastel
© privat

Juan Mena-Carrillo arbeitet als R&D Projekt-Manager im Bereich Smart Lighting und IoT bei Infineon. Er hat einen Abschluss in Elektrotechnik der Universität Granada, Spanien, und arbeitet bereits seit 2005 für Infineon. Auch in seiner Freizeit bastelt er gerne an smarten und vernetzten Leuchten.

Gestengesteuerte Lampe aus dem 3D-Drucker.
© Infineon

Gestengesteuerte Lampe aus dem 3D-Drucker.

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