IoT:n mahdollisuudet palveluasumisessa
27.09.21
Mistä esineiden internetissä on kysymys?
Internet of Things (IoT), eli esineiden internet tarkoittaa sellaisia toisiinsa kytkettyjä laitteita, jotka pystyvät keräämään tietoa ympäristöstään antureiden avulla, prosessoimaan kerättyä dataa ja osallistumaan erilaisten toimilaitteiden ohjaukseen. Yhtenä esimerkkinä tästä on älykäs kodin valaistuksen ohjaus: älylampuissa ja niiden ohjausjärjestelmässä on tietotekniikkaa, jonka avulla käyttäjä voi ohjata kodin valaistusta vaikkapa auringonlaskun tai oman paikalla olonsa pohjalta. Tiedonkeruu tapahtuu tällöin vertailemalla meneillään olevaa kellonaikaa auringonlaskun aikaan ja käyttäjän sijaintia hänen älypuhelimensa GPS:n tarjoamien tietojen perusteella. Jos aurinko on laskenut ja käyttäjä tulee puhelimensa kanssa kotiin voidaan valot sytyttää automaattisesti.
Kyseessä ovat siis tietokoneverkon kautta kommunikoimaan kykenevät, hajautetut tietojärjestelmät ja niiden komponentit. Anturit voivat olla muiden muassa digikameroita, kiihtyvyysantureita, aiemmin mainittuja paikantimia, sekä vaikkapa lämpötila-, kosteus-, ilmanpaine- ja hiilidioksiditunnistimia. Tärkeintä on, että ne saadaan tuottamaan digitaalista dataa tallentamista, laskentaa, analysoimista ja edelleen tarvittaessa pilvipalveluun lähettämistä varten.
Esineiden internetistä on puhuttu jo yli kaksikymmentä vuotta
Termin IoT otti käyttöön ensimmäisenä Kevin Ashton esitelmässään Procter & Gamblelle vuonna 1999. Jo tuolloin tutkimus- ja kehitystyö tällä alueella kohdistui hajautettuihin datan keruu-, käsittely- ja tallennusjärjestelmiin. Nämä aktiviteetit ovat olleet kasvussa koko meneillään olevan vuosisadan ajan. 2000-luvun alkupuolella IoT ja sen rinnakkaiskäsite kyberfyysiset järjestelmät (Cyber-Physical Systems: CPS) olivat esillä lähinnä TKI-hankkeissa tutkimuslaitoksissa ja ICT/automaatioalan yrityksissä. Molemmilla käsitteillä korostettiin sitä, että anturit, toimilaitteet ja niiden käyttöön tarvittava tietotekniikka ovat fyysisesti lähellä toisiaan. Tavoitteena on silloin hallita paremmin mahdollisia tiedonsiirron aiheuttamia viiveitä ja vääristymiä. Lisäksi etuna voidaan pitää sitä, että data pystytään säilyttämään paikallisena, jolloin sitä ei välttämättä tarvitse siirtää avoimen internetin välityksellä pilvipalveluihin.
Laitteisto- ja ohjelmistotekniikka ovat kuluneiden 20 vuoden aikana kehittyneet niin pitkälle, että markkinoille on tullut IoT:n mahdollistavia edullisia ja monipuolisia tuotteita. Näin ne ovat myös suuren yleisön saavutettavissa. Merkittävimpänä mahdollistajana voidaan pitää Raspberry Foundationin Raspberry Pi (RasPi)-pienoistietokonetta, jonka ensimmäinen versio Raspberry Pi 1 julkaistiin vuonna 2012. Se oli aito tietokone käyttöjärjestelmineen lisänä lähes rajattomat mahdollisuudet laajentaa käyttöä vakioitujen kytkentämahdollisuuksien kanssa. Nykyinen versio 4 kelpaa hyvin monenlaisiin tehtäviin - etenkin liittyen IoT-maailmaan.
Esimerkkinä tehokkuudesta ja laajennettavuudesta on kuvan 1 mukainen järjestelmäkokonaisuus, jossa neljästä RasPi-laitteesta on määritetty korkean saavutettavuuden rypäs: laitteita voidaan vaivattomasti kytkeä lisää tai ottaa pois laskenta- ja talletustarpeiden muuttuessa. Viidenteen RasPiin on kytketty Googlen valmistama tensoriprosessori, jonka avulla voidaan sekä koneopettaa tekoälyä että ajaa luotua tekoälymallia paikallisesti riittävällä tehokkuudella. Kuvassa olevat Ruuvitag- ja SensorTag-sensorit mittaavat muun muassa lämpötilaa, kosteutta, ilmanpainetta ja asentoa. Ne lähettävät tietoa langattomasti tässä tapauksessa RasPi-ryppääseen.
RasPi ei ole lähtenyt liikkeelle yksin, eikä ajanhetkestä nolla. Edelläkävijät ovat henkilökohtaisten tietokoneidensa avulla rakentaneet IoT-maailman esiastetta jo 1980-luvulta lähtien. Tuolloin ei ollut kuitenkaan saatavilla tehokkaita tietokoneita, yleisiä tietoliikenneverkkoja, helposti saatavilla olevia antureita, eikä vapaan ohjelmistolisenssin kehitysjärjestelmiä. Nämä edellä mainitut teknologiat ovat mahdollistaneet nykykehityksen. Samoin RasPi:llä on kilpailijoita, mutta takavuosien irrallisiin kehitysprojekteihin verrattuna kaikki järjestelmät noudattavat yleisiä käytänteitä ja standardeja - ovat siis liitettävissä toisiinsa tietokoneverkkojen välityksellä.
Keveys ja liikuteltavuus ovat tärkeässä asemassa
IoT-maailma ei ole pelkkää RasPin ympärillä kehittämistä. Kuvan 2 mukaisesti alimmassa kerroksessa ovat anturit ja toimilaitteet varustettuina paikalliseen prosessointiin riittävällä tietotekniikalla. RasPin ongelmana on suurehko virrankulutus ja koko. Sitä ei ole miellyttävää kuljettaa vaatteissa tai ranteessa. Myös silloin, kun ei ole yhteyttä julkiseen sähkönjakeluverkkoon, on RasPin kanssa keksittävä muita energialähteitä: aurinkokennoja (toimivat vain päivällä), akkuja (ladattava säännöllisesti ja koosta riippuen mahdollisesti usein) tai generaattoreita (tankattava säännöllisesti).
Ratkaisu todelliseen liikuteltavuuteen ovat sellaiset kevyet laitteet, joilla on riittävästi tiedonkäsittely- ja tallennuskapasiteettia sekä kytkettävyys tietokoneverkkoihin. Älypuhelimet ja älykellot ovat hyvä esimerkki tällaisesta toiminnallisuudesta. Vastaavalla tavalla voidaan arvioida riistakameroita, joissa on mukana puhelinyhteys. Niiden toiminta on rajattu liikkeen tunnistamiseen sekä kuvien ja videoiden ottamiseen, tallentamiseen ja lähettämiseen.
Miten palveluasuminen voi hyötyä IoT:n soveltamisesta?
Mikään yhteiskunnan osa-alue ei sellaisenaan sulje pois IoT:n, tai yleisemmin tietotekniikan käyttöä osana kaikkia palveluasumisen toimintoja - koskipa se sitten asiakkaita tai hallinnointia ja ylläpitoa. Kaikkiaan kyse on digitalisaatiosta ja sen tarjoamista mahdollisuuksista.
IoT-sovelluksia kannattaa hyödyntää palveluasumisessa aivan kuten teollisessa ympäristössä. Antureiden avulla voidaan kerätä tietoa, joiden avulla voidaan tarkkailla, reagoida sekä ennustaa muutoksia ja tarpeita. Esimerkiksi kerättäessä asiakkaiden ja hoitajien syketietoa ja kehon lämpötilaa sekä kytkemällä nämä vapaamuotoiseen määritykseen olotilasta (nälkä, jano, suru, stressi, tms.) voidaan opettaa tekoäly ennustamaan tarpeita pohjautuen mitattaviin muutoksiin.
Käyttämällä mittauksia ja seuraamalla sekä ihmisiä että rakennuksia ja laitteistoja mahdollistetaan hallittavissa olevat virtuaaliset esitykset. Näitä kutsutaan ns. digitaalisiksi kaksosiksi. Digitaalisen kaksosen voi määritellä tässä tapauksessa niin palvelutalosta, sen palveluista, kuin asukkaista ja työntekijöistä. Digitaalisten kaksosten avulla voidaan seurata ja ennakoida tulevia tilanteita.
Digitaalisten kaksosten avulla voidaan avustaa asukkaita heidän päivittäisissä rutiineissaan muistutusten ja erilaisten automatisoitujen toimintojen kautta. Aiemmin mainittu automaattinen valaistuksen hallinta kuvaa tällaisia palveluita.
Palveluasumisyksikön tehtäviä ja hallintoa IoT helpottaa automatisaation kautta rutiinitoiminnoissa. Esimerkiksi palvelurobotit kuuluvat tähän luokkaan.
Huomioitavia asioita IoT:n soveltamisessa
Palveluasumisen näkökulmasta tärkeintä on järjestelmäkokonaisuuden luotettava ja tietoturvallinen toiminta. Kehitysvaiheessa olevien järjestelmien hyödyntäminen palveluasumisessa on huomattavasti vaativampaa kuin esimerkiksi viihdesovellusten käyttöönotto. Tämä koskee myös pienintä toimivaa tuotetta (minimum viable product (MVP)). Tämä johtuu siitä, että tuotantokäytössä olevien ohjelmistojen virheelliset toiminnot ja vikatilanteet voivat pahimmillaan aiheuttaa asiakkaille henkilövahinkoja tai synnyttää tarpeettomia kustannuksia. Viihdekäytössä olevien ohjelmistojen ja laitteistojen virheiden vaikutukset eivät tyypillisesti ole yhtä dramaattisia.
Data, jota järjestelmillä kerätään, on henkilökohtaista tai ainakin yksityishenkilöiden tietoihin liittyvää. Sen suojaamista edellyttää lainsäädäntö. Kaikissa tapauksissa dataa ei tarvitse siirtää käyttöympäristöstä mihinkään, mutta usein se tallennetaan yleisen internetin kautta pilvipalveluun. Pystyttäessä pitämään data salattuna koko siirron ja tallennuksen ajan, ei tietoturvariskejä synny yhtä helposti kuin salaamattoman tiedon kanssa. Tietoturvan taso pitää selvittää ennen kuin järjestelmiä otetaan käyttöön.
IoT:n käyttö laajenee vauhdilla
Teknologiat IoT:n hyödyntämiseksi palveluasumisessa ovat edellä kuvatun pohjalta riittävän kypsällä tasolla käytännön sovelluksia varten. Osoituksena tästä ovat markkinoilla jo olevat erilaiset tuotteet niin viihde-, avustaja- kuin tuotantokäyttöä varten. IoT:ia, kuten kaikkia vastaavia järjestelmiä sovellettaessa, täytyy pitää huoli siitä, ettei pyrkimyksenä ole käyttää testaamatonta ja säännösten vastaista laitteistoa lääkinnällisiin tarkoituksiin.
Erilaisia järjestelmävaihtoehtoja syntyy koko ajan enemmän johtuen niiden tekemiseen tarkoitettujen laitteistojen ja ohjelmistojen kehittymisestä. Lisävaikuttimena on myös laajeneva kehittäjien joukko - ekosysteemi -, joka tuo alalle uusia toimijoita uusine näkökulmineen. Sovelluksiin tutustuttaessa kannattaa olla avoimin mielin ja arvioida muilla aloilla tehtyjä ratkaisuja, koska ne voivat olla sellaisenaan käyttökelpoisia myös palveluasumiseen.
Lue lisää:
Gartner: tärkeimmät teknologiset trendit 2021(engl.).
Miten IoT mullistaa palveluasumisen asiakkaiden hyvinvointia (engl.).
Infolaatikko
Aarne Klemetti, tutkijaopettaja, Softa, HyTe ja Smart, ICT ja tuotantotalous, Metropolia AMK