Een ‘smart’ gebouw, echt?

Author:

Anne van Rossum is onderzoeker bij Almende-spin-off Dobots.

Reading time: 6 minutes

Slimme gebouwen, iedereen heeft het erover, maar wat is nu een slim gebouw? Het lijkt soms wel dat hoe vaker het woord ‘smart’ op een product staat, hoe dommer het is. Hoe is dit mogelijk?

In de loop der tijd is er een tweedeling ontstaan tussen de ‘ogen en oren’ van een gebouw en de ‘handen en voeten’. Die ogen en oren worden gevormd door allerlei moderne sensoren: gebruikersgedrag wordt geanalyseerd met wifi-tracking, energieverbruik met slimme energiemeters, een product, een apparaat, of gereedschap wordt gevolgd met RFID-tracking, indringers worden opgespoord met infraroodcamera’s. De mogelijkheden zijn eindeloos.

De handen en voeten van een gebouw worden vormgegeven door hedendaagse actuatoren: verlichting kan op afstand worden uitgeschakeld, verwarmingssystemen worden gecontroleerd om de temperatuur behaaglijk of economisch in te stellen in een gebouw, toegang kan worden toegewezen of ontzegd door bedienbare deurontgrendelaars. Opnieuw zijn er talloze mogelijkheden.

Wat ontbreekt, is de intelligentie die de ogen en oren van een gebouw koppelen aan de handen en voeten. Soms is er al wel een server met software die een lijst met eenvoudige als-dan-regeltjes bijhoudt, maar dit is nauwelijks intelligent en vaak ook niet toereikend. Zo kan het bijvoorbeeld gebeuren dat een flexwerker voor een dichte deur staat omdat het ‘smart’ lock niet de juiste code heeft binnengekregen om hem via zijn ‘smart’ phone toegang te verschaffen.

In de meeste gevallen wordt er in het gebouw zelfs geen enkele verbinding gelegd tussen sensoren en actuatoren. Zo wordt bijvoorbeeld de temperatuur gemeten, maar wordt deze informatie niet gebruikt om te bepalen of er mensen in een ruimte zijn. Of het wifinetwerk houdt wel bij welke laptops en smartphones er binnen zijn, maar die informatie wordt niet gebruikt om te kijken hoe druk het is in het gebouw.

Op zich is deze situatie wel te verklaren: de hardwarefabrikanten zijn weinig innovatief met betrekking tot een volledige dienst. De ‘handen en voeten’, hoe noodzakelijk ook, dragen tenslotte slechts beperkt bij aan het IQ van een gebouw. Daarnaast passen traditionele domoticaproducten allerlei protocollen toe, waaronder 433 MHz, Z-Wave, Zigbee, Insteon of Enocean, maar geen daarvan is direct bruikbaar vanaf een smartphone, pc of laptop. Dit leidt weer tot dure gateways met bijbehorende vendor lock-in voor iets eenvoudigs als het licht aan- en uitdoen met je smartphone.

Persoonlijke rondleiding

Kortom: hier ligt een enorme kans. Laat het gebouw nou eens direct met een smartphone praten! Dit is tegenwoordig heel goed mogelijk door gebruik te maken van bluetooth of wifi.

Wifi is bezig aan een opmars. Oorspronkelijk is de technologie niet bedoeld voor meshnetwerken zonder centraal toegangspunt, maar de gebruiker lijkt dit echt niet uit te maken. Wifi heeft nog wel het nadeel dat het relatief veel energie kost.

Bluetooth is daarentegen erg zuinig. Vroeger was dat wel anders, maar sinds Bluetooth Low Energy (BLE) kan het gemakkelijk op een batterij werken. Ook bluetooth is eigenlijk niet bestemd voor meshnetwerken die je in een gebouw meestal nodig hebt. Met de nieuwe chips en embedded software zoals de Softdevice S110 van Nordic is het opzetten van een meshnetwerk met BLE echter heel gemakkelijk. Bovendien zijn BLE-chips hooguit een paar euro per stuk.

Met zo’n koppeling kan een gebouw daadwerkelijk weten wat er zich onder zijn dak afspeelt en cognitieve eigenschappen gaan ontwikkelen. Mogelijkheden zijn er volop: denk bijvoorbeeld aan een kantoor dat, als de laatste werknemer vertrekt, niet alleen de lichten uitzet maar in zijn geheel in slaap valt. Geen stand-bymodus meer, want het gebouw zet de printers, televisies en vaatwassers uit en activeert het alarmsysteem. Natuurlijk is het slim genoeg om de koelkasten wel aan te laten staan. Of een museum dat een inschatting maakt van de interesses van een persoon en een persoonlijke rondleiding geeft langs de kunstwerken. De klimaatcontrole wordt afgestemd op de bezoekersaantallen. Op vergelijkbare wijze schakelt een station niet alleen energiezuinig de lampen uit, maar leidt het een reiziger ook naar het juiste perron. Door zowel sensoren als actuatoren te gebruiken, worden er diensten mogelijk waarvan niet alleen de beheerder van het gebouw profiteert, maar ook de eindgebruiker.

Een laatste voorbeeld: op een vliegveld kunnen beveiligingsdiensten en het klimaatbeheersysteem bepalen waar de reizigersaantallen het grootst zijn. Op hun beurt kunnen reizigers eenvoudig zien hoe lang het gemiddeld duurt om door de douane te komen. En, zodra BLE gemeengoed wordt, kunnen ze achterhalen waar hun koffers op dat moment zijn.

Met argusogen

Veel van deze toepassingen maken gebruik van machine learning, algoritmes die leren aan de hand van de data die via de sensoren binnenkomen. Zo kan het gebouw bijvoorbeeld leren wat het effect is van de actuatoren: ‘Als ik de verwarming aanzet, neemt de temperatuur op deze manier toe. En o, de buitentemperatuur heeft ook invloed.’ Het gaat daarbij met name om de kwantitatieve verbanden in de data.

Het toepassen van deze technieken staat ook op de Europese onderzoeksagenda: slimme fabrieksgebouwen moeten een flinke bijdrage leveren aan de factories of the future. In het Europese onderzoeksproject Arum hebben machine learning-algoritmes de taak om de data uit het gebouw te gebruiken om het productieproces te verbeteren. Dat gebeurt bijvoorbeeld door op elke werkplek sensoren te plaatsen. De truc is om met machine learning de data van alle verschillende sensoren te combineren, want iedere sensor op zichzelf geeft maar heel weinig informatie. Dan is het ineens mogelijk om te zien hoe het staat met het productieproces en zelfs om te voorspellen waar problemen gaan optreden.

Ook in de domotica kan slimme techniek veel voordeel brengen. Op dit moment is het configureren van de installatie een heel karwei; grote gebouwen vereisen een gespecialiseerd installatiebedrijf en bij consumentenproducten zoals Kaku of HomeEasy moet het ID-nummer van bijvoorbeeld een lamp via schroefjes op de zender worden ingesteld. Dat kan anders. Als deze producten aan de smartphone zijn gekoppeld, kan de zender gewoon alle ID’s uitproberen en geeft de smartphone vanzelf een seintje als de camera ziet dat de lamp aangaat. Een iets intelligenter systeem brengt hier puur gebruiksgemak.

De uitdaging op het vlak van smart buildings ligt de komende jaren in het nadenken over de inzet van algoritmes, en op welke plekken ze tot hun recht komen. Het systeem moet zo veel mogelijk zelf uitzoeken, maar het moet tegelijk transparant zijn en de controle bij de gebruiker laten. De detailhandel introduceert op dit moment bijvoorbeeld wifi-tracking, maar helaas vooral in het belang van de winkelketen, die het koopgedrag van mensen in kaart wil brengen. Hoewel dit online de gebruikelijke gang van zaken is, wordt dit in de fysieke wereld met argusogen bekeken. In Amerika zijn er al wettelijke tegenmaatregelen getroffen, wat niet verwonderlijk is, omdat er geen enkele tegenprestatie wordt geboden aan mensen die (ongewild) gebruikmaken van het systeem.

Hoe moet het dan wel? Een ‘slimme winkel’ heeft geen ‘domme’ wifi-tracking, maar richt zich op gebruiksgemak voor de klant. Laat deze zelf een app installeren om te helpen bij het vinden van een product, hulp te krijgen bij een recept of verbouwing, of individuele aanbiedingen te ontvangen op locatie. Dan ben je echt smart bezig.