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Digitalisierung des Alltags

Was ist Pervasive Computing?

6.10.2003

Technologien des Pervasive Computing



Die treibende Kraft hinter dem stetigen technischen Fortschritt im Bereich des Pervasive Computing ist der langfristige Trend der Mikroelektronik: Mit erstaunlicher Präzision gilt das bereits Mitte der sechziger Jahre beschriebene Moore'sche Gesetz,[8] welches besagt, dass sich die Verarbeitungsleistung von Computern etwa alle 18 Monate verdoppelt. Eine ähnlich hohe Effizienzsteigerung ist auch für einige andere Technologieparameter wie Kommunikationsbandbreite oder Speicherkapazität zu beobachten;[9] umgekehrt ausgedrückt fällt mit der Zeit bei gleicher Leistungsfähigkeit der Preis für mikroelektronisch realisierte Funktionalität radikal. Da diese Trends weiter anhalten, dürfte Computerleistung bald quasi im Überfluss vorhanden sein. Die nach Gebrauch wertlosen Telefonchipkarten oder die als Ersatz für Strichcode-Etiketten dienenden und kurz vor der Masseneinführung stehenden "smart labels" sind erste Hinweise auf die zu erwartenden Myriaden von "Wegwerfcomputern".

Doch nicht nur die Mikroelektronik trägt zur Allgegenwart und zum gleichzeitigen "Verschwinden" des Computers bei: Aus dem Bereich der Materialwissenschaft kommen Entwicklungen, die den Computern der Zukunft eine gänzlich andere äußere Form geben können oder sogar dafür sorgen, dass Computer auch äußerlich nicht mehr als solche wahrgenommen werden, weil sie vollständig mit der Umgebung verschmelzen. Hier wären unter anderem lichtemittierende Polymere zu nennen, die Displays aus dünnen und hochflexiblen Plastikfolien ermöglichen und dadurch nahezu beliebige Oberflächen (z.B. Windschutzscheiben, Preisschilder auf Warenregalen, aber auch Milchtüten oder Müslipackungen) in dynamische Anzeigetafeln verwandeln können. Laserprojektionen aus einer Brille direkt auf die Retina stellen eine weitere gegenwärtig untersuchte Möglichkeit zur Substitution klassischer Ausgabemedien von Computern dar. Ferner wird an "elektronischer Tinte" und "smart paper" gearbeitet, welche Papier und Stift zum vollwertigen, interaktiven und hoch mobilen Ein- und Ausgabemedium mit einer uns wohl vertrauten Nutzungsschnittstelle erheben - die Bedeutung für die Praxis, wenn Papier quasi zum Computer wird oder umgekehrt der Computer sich als Papier materialisiert, kann kaum hoch genug eingeschätzt werden.

Immer wichtiger werden auch Ergebnisse der Mikrosystemtechnik und Nanotechnik. Sie führen beispielsweise zu kleinsten Sensoren, welche unterschiedlichste Parameter der Umwelt verarbeiten. Neuere Sensoren können nicht nur auf Licht, Beschleunigung, Temperatur etc. reagieren, sondern auch Gase und Flüssigkeiten analysieren oder sogar gewisse Muster (z.B. Fingerabdrücke oder Gesichtsformen) erkennen. Eine interessante Entwicklung in dieser Hinsicht stellen Funksensoren dar, die ohne explizite Energieversorgung ihre Messwerte einige Meter weit melden können - die nötige Energie dazu bezieht ein solcher Sensor aus seiner Umgebung, indem er z.B. mit Mikrowellen bestrahlt wird oder Materialien nutzt, die Energie aus Temperatur- und Druckänderung erzeugen.

Ohne eigene Energieversorgung funktionieren auch die bereits erwähnten "smart labels". Diese sind nur wenige Quadratmillimeter groß, oft dünner als ein Blatt Papier und kosten derzeit mit fallender Tendenz zwischen zehn Cent und einem Euro pro Stück. In gewisser Weise handelt es sich bei dieser Technik um eine Weiterentwicklung der bekannten Diebstahlsicherungen und Türschleusen von Kaufhäusern. Allerdings geht es hier nicht mehr nur um eine binäre Information ("bezahlt/gestohlen"), sondern es können "durch die Luft" innerhalb von Millisekunden und bis zu einer Distanz von einigen wenigen Metern einige hundert Zeichen gespeichert und ausgelesen werden. Interessant an solchen fernabfragbaren elektronischen Markern ist, dass sich dadurch Objekte eindeutig identifizieren und auf diese Weise mit spezifischen Daten im Internet verknüpfen lassen. Wenn Gegenstände aus der Ferne eindeutig erkannt und mit Information behaftet werden können, eröffnet dies Anwendungsmöglichkeiten, die weit über den ursprünglichen Zweck der automatisierten Lagerhaltung oder des kassenlosen Supermarkts hinausgehen.

So lässt sich damit in gewisser Weise z.B. eine Kommunikation mit Alltagsdingen realisieren. Dazu stelle man sich vor, dass gewöhnliche Gegenstände wie Möbel, Arzneimittel, Kleider oder Spielzeug mit einem "smart label" versehen sind, das eine jeweils spezifische Internetadresse gespeichert hat. Kann man diese Adresse dann mit einem handlichen Gerät in Stiftform auslesen, indem man damit auf den Gegenstand zeigt, so kann dieser "Zauberstift" von sich aus, ohne weitere Zuhilfenahme des anvisierten Gegenstandes, die entsprechende Information über das Mobilnetz aus dem Internet besorgen und anzeigen. Für den Nutzenden entsteht so der Eindruck, als habe ihm der Gegenstand selbst eine Information "zugefunkt". Bei der Information kann es sich beispielsweise um eine Gebrauchsanweisung handeln, um ein Kochrezept für ein Fertiggericht oder um den Beipackzettel eines Arzneimittels. Was im Einzelnen angezeigt wird, mag vom "Kontext" abhängen, also etwa davon, ob der Nutzer ein guter Kunde ist und viel für das Produkt bezahlt hat, ob er über oder unter 18 Jahre alt ist, welche Sprache er spricht, wo er sich gerade befindet - vielleicht auch davon, ob er das richtige Parteibuch besitzt.

Große Fortschritte werden auch auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation erzielt. Interessant sind vor allem neuere Kommunikationstechniken im Nahbereich, die sehr wenig Energie benötigen und im Vergleich zu heutigen Handys viel kleinere und billigere Bauformen ermöglichen. Der Preis der winzigen Kommunikationsmodule liegt bei wenigen Euro und dürfte schnell weiter fallen. Ebenso intensiv wird an verbesserten Möglichkeiten zur Positionsbestimmung mobiler Objekte gearbeitet. Neben einer Erhöhung der Genauigkeit (derzeit ca. zehn Meter beim GPS-System) besteht das Ziel vor allem in einer Verkleinerung der Geräte. Module zur Ortsbestimmung werden schon bald nur noch etwa die Größe von Kreditkarten haben. Dies verspricht gleichzeitig faszinierende und erschreckende Möglichkeiten: Gebrauchsgegenstände können kaum mehr verloren gehen, da sie jederzeit selbst wissen, wo sie sind, und diese Information bei Bedarf an das Mobiltelefon ihres Besitzers funken, und durch in Kleidung eingenähte Lokalisierungssensoren kann selbst im größten Gedränge kein Kind mehr abhanden kommen.

Fasst man die genannten Techniktrends und Entwicklungen zusammen - kleinste und preiswerte Prozessoren mit integrierten Sensoren und drahtloser Kommunikationsfähigkeit, flexible Displays auf Polymerbasis, elektronisches Papier, Anheften von Information an Alltagsgegenstände, Fernidentifikation von Dingen, präzise Lokalisierung von Gegenständen, feinmaschige Überwachung durch Netze autonomer Funksensoren -, so wird deutlich, dass damit die technischen Grundlagen für eine skurril anmutende Welt gelegt sind: eine Welt der Alltagsdinge, die sich in gewisser Weise "smart" verhalten, da sie sich ihrer Position und ihres Zustandes (heiß, kalt, im Dunkeln, in Bewegung) "bewusst" sind, und mit denen wir unter Umständen sogar kommunizieren können.



Fußnoten

8.
Vgl. Gordon Moore, Cramming More Components onto Integrated Circuits, in: Electronics, 38 (1965), S. 114 - 117.
9.
Die Kosten für die Speicherung von einem Megabyte Daten gingen in den letzten zwei Jahrzehnten von ca. 100 Euro auf einige Zehntel Cent zurück und liegen nun weit unter dem Preis von Papier als Speichermedium.