Das Internet der Dinge

Die Grundidee des „Internet of Things“ (IoT) ist einfach: Intelligente Sensoren und eine Netzverbindung machen aus jedem Ding eine smarte Datenquelle. Klingt nach Zukunftsmusik? Weit gefehlt: Das IoT hat sich bereits in unseren Wohnzimmer, Küchen und Bädern ausgebreitet. Doch worum geht es bei dieser Entwicklung überhaupt und warum ist sie so revolutionär? Welche Probleme gibt es? Und vor allem: Wie kann das IoT unser Leben nachhaltiger gestalten?

Autor*in Simon Dupree, 16.11.15

Übersetzung Marisa Pettit:

Was ist das IoT?

Der Begriff „Internet der Dinge“ wurde bereits 1999 durch den Technik-Pionier Kevin Ashton in internationale Kongresse, Artikel oder Diskussionsrunden eingeführt, doch wissen laut einer Studie die meisten von uns auch heute noch nichts mit dem Begriff anzufangen.

Zunächst also die Frage, was in diesem IoT eigentlich passiert. Grundlegend geht es um digitale Vernetzung. Diese kennen wir ja bereits aus dem Internet. Doch während wir im Web 2.0 beispielsweise via Social Media unser Leben ins Netz stellen, verlagern wir im IoT nun das Internet in die reale Welt. Wo früher Computer, Smartphones oder Tablets die Schnittstellen zum globalen Netz darstellten, sind es nun Objekte, die durch intelligente Sensoren, Cloud-Strukturen und Big Data zu smarten Datenquellen transformiert werden. Die sogenannten „Smart Objects“ senden und empfangen Daten rund um die Uhr.

Beliebige Gegenstände wie Kleidung, Tickets, Haushaltsgeräte, Maschinen, Transport- und Verkehrsmittel, ja sogar Pflanzen und Tiere, werden im Internet der Dinge ständig und überall via Netzverbindungen identifiziert und lokalisiert. So werden Informationen über die unterschiedlichsten Objekte miteinander verknüpft, ausgetauscht und verarbeitet. Intelligente Sensoren und die Einbindung in bereits vorhandene Netzwerke und Funkverbindungen spielen hierbei eine Schlüsselrolle. Internetfähige Dinge kommunizieren gemeinsam über hauseigene WLAN-, Bluetooth- oder RFID-Netzwerke und erleben so eine Transformation: Aus Alltagsgegenständen werden plötzlich clevere Objekte, die auf ihre Umgebung reagieren, miteinander kommunizieren und den Menschen als Nutzer durch intelligentes Interagieren positiv beeinflussen sollen.

IoT: Die Kernbereiche

Im momentanen IoT-Diskurs wird gewarnt, entwarnt, gefachsimpelt und philosophiert. Bei all den Ausblicken und Prognosen wird jedoch schnell übersehen, dass das Internet der Dinge längst seinen Weg in unseren Alltag, unsere Geräte und Wohnungen gefunden hat. IT- und Industriekonzerne investieren bereits Milliarden in Industrie-4.0-Technologien, lassen unter Eigenregie forschen oder kaufen innovative Startups auf. Die technologische Revolution ist in vollem Gange und wird maßgeblichen Einfluss auf die Lebens- und Arbeitswelt eines jedes Einzelnen haben.

Marktforscher erwarten, dass bereits im Jahr 2020 ca. 26 Milliarden Dinge mit einem Internetzugang ausgestattet sein werden und prognostizieren eine immense Wertschöpfung.

Beispiele für IoT-Anwendungen, die bereits heute funktionieren, finden sich viele: Das Smartphone speichert fortlaufend unseren Aufenthaltsort, das Auto misst die Temperatur, unser iPhone weiß, wie weit wir gelaufen sind und schließt sogar die Jalousien, wenn es zu hell ist. Doch während in der öffentlichen Wahrnehmung häufig technische Geräte wie das Smartphone im Vordergrund stehen, reicht das Spektrum an Anwendungsfeldern weit darüber hinaus. Ob in Wirtschaft, Wissenschaft oder öffentlicher Infrastruktur, die Nutzungsmöglichkeiten scheinen nahezu unbegrenzt.

Wie kann das IoT zu einem nachhaltigeren Leben führen?

Smart Cities

Im Jahr 2050 werden etwa 70 Prozent aller Menschen in Städten leben. Mit derzeit etwa 57 Prozent Stadtbevölkerung weltweit ist der globale Urbanisierungstrend bereits in vollem Gange. Schon heute stehen rasant wachsende Metropolen vor der großen Aufgabe, gleichzeitig Umweltbelastungen zu reduzieren, Mobilität und Versorgungsströme aufrecht zu erhalten und Sicherheitsmaßnahmen zu erhöhen.

Das Internet der Dinge, als intelligentes, miteinander verbundenes Netzwerk, macht aus normalen Städten sogenannte Smart Cities. Features wie ein reibungsloser Verkehrsfluss, höchsteffiziente Anlagen zur Strom- und Wärmeerzeugung und die Kontrolle von Umweltzuständen in Echtzeit sind nur ein paar Highlights von vielen.

Smart Cities gelten deshalb als großer Hoffnungsträger für die Lösung jener Probleme, die der Urbanisierungstrend mit sich bringt.

Denken wir beispielsweise an den Verkehr…

Die intelligente Stadt von morgen regelt den Verkehr automatisch. Das Internet der Dinge sperrt Straßen oder gibt neue Spuren frei – je nach Bedarf. Sensoren in Autos oder Straßensystemen liefern die Daten dazu. So können Staus vermieden und die Parkplatzsuche in Städten beschleunigt werden. Noch ist das ein Zukunftsszenario, aber lange wird die Umsetzung wohl nicht mehr dauern.© Graphmasters

Weltweit ließen sich allein durch Vernetzung und intelligentere Streckenplanung bei Flugzeugen, Autos und in der Logistik weltweit jährlich 1,9 Gigatonnen CO2 einsparen. So hat das deutsche Startup Graphmasters, ein Vorreiter im Bereich IoT, beispielsweise einen Routenverteilungsalgorithmus entwickelt, der immer aktuell den Verkehrsfluss berechnet und dessen Entwicklung via Smartphone-App voraussagt.

Bessere Luft für alle!

Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) atmen fast 90 Prozent der gloablen Stadtbevölkerung Luft, deren Belastung über den empfohlenen Grenzwerten liegt. In einigen Regionen (v.a. Afrikas und Asiens) stellt Luftverschmutzung eine der häufigsten Todesursachen jährlich dar. Qualitätsmessungen erfolgten bisher mithilfe teurer Sensorik und die Veröffentlichung ermittelter Daten war eingeschränkt.

Deutlich günstigere Messgeräte mit Internetverbindung sollen nun die Demokratisierung von Qualitätserhebungen antreiben und das allgemeine Bewusstsein für die Wichtigkeit sauberer Luft erwecken. Sie heißen “Smart Citizen Kit” oder “Air Quality Egg” und können teils via Youtube-Anleitung selbst zusammengebaut werden. Mithilfe von Außensensoren werden z.B. Kohlen- und Stickstoffmonoxidbelastungen vor der eigenen Haustür gemessen und können über Wifi an Open-Source-Plattformen übertragen werden.

Nathan Chantrell

Es besteht durchaus Hoffnung, dass IoT-Produkte ein besseres Verständnis für die Umweltqualität vor Ort und ein entsprechend achtsameres Handeln mit sich bringen.

Mehr Infos über Smart Cities findet ihr im RESET-Wissensartikel „Smart Cities: Nachhaltig leben in einer digitalisierten Stadt”.

Smart Grids und Smart Meter

Laut einer Studie von Pricewaterhouse Cooper haben Elektrizität mit 38 Prozent und Transportmittel mit 32 Prozent den größten Anteil am globalen CO₂-Austoß. Smart Grids (intelligente Stromnetze) und Smart Meter (intelligente Stromzähler) sollen durch eine Verbesserung der Energieeffizienz zu einer Reduzierung der Treibhausgase beitragen. Die Idee dahinter: viele Stromerzeuger und -verbraucher integrieren und vernetzen sich miteinander. So kann das Stromnetz effizienter und stabiler gesteuert werden. Das Internet der Dinge ist hierbei ein wichtiger Treiber: „Es gestattet uns, Elektrizität effizienter zu nutzen, den Ressourcenverbrauch zu optimieren und es hilft uns, mehr erneuerbare Energien zu verwenden“, so der RedMonk-Analyst Tom Raftery.

Smart Grids und Smart Meter sind vor allem dann wichtig, wenn im Zuge einer erfolgreichen Energiewende immer mehr erneuerbare Energien aus Wind-, Wasser- und Wärmekraft in die Versorgungsnetze eingespeist werden sollen. Da wir keinen Einfluss darauf haben, wann der Wind weht oder die Sonne scheint, muss das Netz flexibel und steuerbar sein. Lastmanagement, also die Steuerung des Verbrauchs der Stromerzeuger, spielt hierbei eine zentrale Rolle.

Solar- und Windkraft sind aufgrund geringerer variabler Kosten günstiger als fossile Energieträger und verursachen zudem wesentlich weniger CO₂– je mehr erneuerbare Energien in Stromnetze integriert werden, desto effektiver und umweltschonender ist das Ganze also._. In Smart Grids senden Windturbinen und Solarfelder kontinuierlich Daten an die Cloud. Anhand dieser Informationen kann die Leistung der Turbinen und die Energieeffizienz gemessen werden. Mithilfe von Echtzeit-Analysen wird simultan die Netzauslastung überwacht und die Elektrizitätsversorgung automatisch gesteuert. So werden mithilfe des Internets Nachfrage und Angebot auf den Energiemärkten aufeinander abgestimmt. Smart Meter sind intelligente Stromzähler, die über eine Kommunikationsschnittstelle Informationen über den Energieverbrauch an den Energieversorger senden und so den individuellen Stromverbrauch optimieren.

Um mehr über Smart Grids und Smart Meter zu erfahren, lest auch die folgenden RESET-Hintergrundartikel: „Smart Grid – Die Hoffnung der Energiewende?” und „Smart Metering – Die Zukunft des Energiesparens”.

Smart Homes

Das intelligente Haus verspricht seinen Bewohnern nicht nur mehr Komfort, sondern auch Schutz vor Fehlern und einen wesentlich niedrigeren Energieverbrauch. Die Grundidee ist genial: Verschiedene Geräte in der Wohnung oder im Büro kommunizieren miteinander und mit den Bewohnern, um ihnen das Leben einfacher und angenehmer zu gestalten. „Das Wohnen mit Technik ist grundsätzlich als zeitgemäß, komfortabel, sinnvoll und in Hinblick auf den demografischen Wandel als zunehmend notwendig zu betrachten“, schreibt die SmartHome Initiative Deutschland. Das Türschloss meldet, wenn es nicht korrekt verschlossen ist, die Heizung registriert automatisch, ob jemand im Raum ist und regelt entsprechend die Temperatur. Sobald sich der erste Rechner im Office einschaltet, beginnt in der Küche die Kaffeemaschine zu laufen – soweit die Theorie. Smart Homes sollen den Menschen unterstützen und dessen Fehler korrigieren. Wird also vergessen, die Heizung runterzudrehen oder ein Fenster offengelassen wenn man den Raum verlässt, springt das IoT ein und automatisiert diese Vorgänge.

Das Hauptargument für eine erhöhte Nachhaltigkeit durch intelligentes Wohnen ist jedoch sicherlich die erhöhte Energieeffizienz der Gebäude und Haushaltsgegenstände. Nicht nur die (erhoffte) Abhängigkeit von erneuerbaren Energien sondern auch die automatische Verwaltung der Geräte via Smart Grids trägt hierzu bei.

Farming 4.0

Landwirtschaft ohne IT ist schon lange undenkbar. Jetzt aber kommunizieren sogar Traktoren, Pflanzensensoren und Mähdrescher untereinander. Arbeitsprozesse werden so besser aufeinander abgestimmt und optimiert. Wenn digitale Sensoren dem Landwirt in Echtzeit zeigen, wie weit seine Pflanzen gediehen sind, welche Menge an Dünger notwendig ist und wann geerntet werden kann, sprechen wir von Farming 4.0. Die Zukunft der Landwirtschaft ist also vernetzt.

Ein konkretes Beispiel für Farming via IoT zeigte der Landtechnikhersteller CLAAS auf der Cebit 2015 anhand eines hochmodernen Großtraktors. Sensoren zeichnen die tatsächlich erledigte Arbeit auf und helfen dabei, Maschineneinstellungen weiter zu optimieren. Wetterdaten unterstützen den Landwirt, um seine Arbeitsplanung der Witterung anzupassen. Ein Pflanzensensor meldet den Stickstoffbedarf der Pflanzen exakt und die Düngermenge wird direkt daran angepasst.

Ars Electronica

„Precision Farming“ als umwelt- und ressourcenschonende Farming 4.0 Anwendung

Durch IoT-Anwendungen könnten Viehzucht und Ackerbau deutlich effizienter gestaltet werden. Landwirte müssten so weniger Rohstoffe einsetzen, um Lebensmittel zu produzieren. Zudem könnten sie Dünger und Pflanzenschutzmittel wesentlich gezielter einsetzen. Das spart Ressourcen und schützt die Umwelt. In der Landwirtschaft schlummert ein Klimaschutzpotenzial durch vernetzte Maschinen von ganzen 1,6 Gigatonnen.

Gleichzeitig unterstützt IoT auch die Verlagerung der Landwirtschaft in unsere Städte. Mehr darüber erfährst du in unserem Artikel Vertical Farming – Kommt unser Obst und Gemüse in Zukunft aus der vertikalen Farm?

Sharing Economy

Was passiert, wenn wir alle vorgestellten Bereiche in ihrer Gesamtheit betrachten? Dein Smart Home würde irgendwann sogar mehr Energie erzeugen als es verbraucht. Damit lädst du dein Elektroauto auf und was dann noch übrig bleibt, wird automatisch in Smart Grids eingespeist. Was nach Utopie klingt, bezeichnet der amerikanische Wissenschaftler Jeremy Rifkin als das „Super-Internet der Dinge“, ja sogar als die „Dritte Industrielle Revolution“. Er prophezeit durch den IoT-Trend sogar das Ende des Kapitalismus. „Das Internet der Dinge ermöglicht die Sharing Economy, also die Teil- und Tauschwirtschaft, sowie die Ökonomie der kollaborativen Gemeingüter”, sagt Rifkin in seiner Rede im Rahmen der CeBIT Global Conferences.

Die disruptiven Auswirkungen der Sharing Economy sind schon jetzt zu sehen: Die Musikindustrie verzeichnet sinkende Verkäufe durch Streaming Websites, Verlage geraten durch Blogs immer stärker unter Druck, E-Learning konkurriert mit Universitäten und Solarzellen auf den eigenen Dächern machen uns zumindest etwas unabhängiger von Stromkonzernen und fossilen Energieträgern. Zusammengenommen mit dem steigenden Machtzuwachs von kooperativen Akteuren (z.B. Bankensysteme oder Energieerzeuger), die sich die Ressourcen und Gewinne teilen, entsteht eine neue Form des Wirtschaftens. Diese sollte laut Rifkins auf einem neutralen, offenen Internet basieren. Das Ende des kapitalistischen Systems?

Ob die Sharing Economy die Welt tatsächlich nachhaltig verändern könnte, erfahrt ihr im RESET-Wissensartikel „Sharing is Caring – liegt die Zukunft im kollektiven Konsum?”

Smart aber verletzlich: Probleme und Gefahren des Internets der Dinge als gesellschaftliche Revolution

Obwohl sich die neue „IoT-Welt“ bereits prächtig entwickelt, stehen wir erst am Anfang des 4.0-Zeitalters. Erst wenn alle Einflussgrößen (wie Maschinen, Sensorik und Software) eigendynamisch funktionieren, sich selber warten und überwachen, ist das Internet der Dinge völlig entwickelt. Oft wird jedoch vergessen, dass neue Möglichkeiten auch Gefahren bergen.

„Manchmal macht mir das IoT richtig Angst“, sagte der amerikanische Informatiker Vinton Cerf beim Heidelberger Laureate Forum 2015. Cerf, der als „Vater des Internets“ bezeichnet wird, sieht diesbezüglich vor allem zwei Gefahren: Technologische Sicherheitslücken und legislative Unsicherheiten.

Obwohl Datensicherheit in Zeiten der Digitalisierung das A und O bedeuten, ist vor allem die Sicherung gegen Cyberkriminalität bisher ein Randthema in der Produktion von IoT-Geräten und „hat beim Produktdesign bisher keine ausreichende Priorität“, sagt Christian Funk von der Sicherheitsfirma Kaspersky. Berichte von Angriffen auf vernetzte Geräte sind zahlreich. Proofpoint hat Ende 2013 die erste Cyberattacke über das Internet der Dinge aufgedeckt. Bei der globalen Angriffskampagne wurden über 750.000 schadhafte E-Mails von mehr als 100.000 alltäglichen Gebrauchsgegenständen verschickt. Diese Geräte, beispielsweise Heimnetzwerk-Router, Fernseher und sogar mindestens ein Kühlschrank, wurden manipuliert und dienten als Plattform zum Ausführen der Attacken.

Neben Software-Bugs deutet Vinton Cerf auch auf bisher ungeklärte, rechtliche und politische Fragen hin: Wer haftet beispielsweise für das Fehlverhalten von Software-Mechanismen? Und was passiert, wenn IoT-Anwendungen in die falschen Hände geraten? Außerdem stellt sich die Frage nach der Datentransparenz. Was beispielsweise eine Krankenversicherung über ihre Mitglieder weiß, ist keine Frage der Technik, sondern eine gesellschaftliche und politische Entscheidung. Nutzer sollten deshalb nicht nur die Möglichkeit besitzen, genau nachvollziehen zu können, welche Daten im Internet der Dinge über sie gesammelt werden, sondern auch darüber entscheiden dürfen, bestimmte Daten von der Weitergabe auszuschließen.

Das Internet der Dinge – Retter der Welt?

Eine Studie des Carbon War Room (CWR) kam zu dem Ergebnis, dass der globale CO2-Ausstoß pro Jahr um 9,1 Gigatonnen gesenkt werden könnte, wenn die Milliarden von Maschinen, die dem Menschen im Haushalt, in Fabriken, im Verkehrs- und Gebäudesektor und in der Landwirtschaft unterstützen, miteinander über das Internet kommunizieren würden. Dies stellt eine Menge dar, so groß wie sie die USA und Indien jährlich zusammen ausstoßen.

Eine derartige Reduktion könnte die Erderwärmung doch noch auf zwei Grad begrenzen. Wäre damit die Welt gerettet? Wahrscheinlich noch nicht ganz, denn die IoT-Revolution ist keine einseitige Erfolgsgeschichte. Nicht vergessen darf man nämlich, dass unzählige neue, energieintensive Maschinen (wie z.B. Server-Infrastrukturen) produziert und die globalen Netzwerkeinrichtungen 24/7 betrieben werden müssen. Das kostet immense Mengen an Energie und verursacht CO2-Emissionen – im Gigatonnenbereich.

Das Internet der Dinge ist sicherlich die größte technologische Revolution, die aktuell passiert, und weist große Chancen für ein nachhaltigeres Leben auf. Wenn wir Dinge vernetzen und miteinander kommunizieren lassen, bedeutet das einen fundamentalen Wandel unserer Gesellschaft. Wenn Objekte auf einmal „smart“ werden, befinden wir uns bald in einer Welt, in der technologische Information und Aktion durch winzige Reaktionszeiten in Echtzeit verschwimmen. Völlig neue Produkte und Dienstleistungen werden folglich entstehen und sogar unser derzeitiges Wirtschaftsmodell könnte revolutioniert werden (siehe „Super-Internet der Dinge“).

Von Landwirtschaft über Industrie bis hin zum Eigenheim: Das Internet der Dinge wird durch seinen Einzug alles intelligenter machen. Ob diese Art von Intelligenz unser Leben nachhaltiger gestalten wird, muss sich noch zeigen…