13,56 MHz billige Transponder und Reader mittlere Speicherkapazität und Datenrate 26 kbps Abschwächung in metallischer Umgebung limitierte Entfernung 150cm

2,45 GHz große Distanzen 150cm unsensibel gegenüber Metall

Pionierprojekt um das Big Divide - Media Gap Problem zu lösen Projekt des HP Labs Palo Alto ~2000-2002 Xerox PARC hatte ähnliche Idee

Konzept für eine interaktive Museumsausstellung besteht aus Content Display Area Tangible Navigation Area Tangible Objects nutzt RFID um die Positionierung der Tangible Objects zu bestimmen

Wie und auf wen werden die Kosten verteilt? reguliert durch Politik? (Co-)Finanzierung durch Werbung?

Ambient Computing

Modul Ambient Computing, Universität zu Lübeck

205

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Lina Schad

Étudier

Lina Schad

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Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über das Thema Ambient Computing auf Universitätsniveau. Sie behandeln zentrale Konzepte wie Ambient Intelligence, Ubiquitous Computing und Embedded Computing, sowie deren Anwendungen und Technologien. Die Karteikarten eignen sich für Studierende und Forscher, die sich mit der Integration von Technologie in den Alltag und die Interaktion zwischen Mensch und Maschine auseinandersetzen.

Cartes-fiches

205

Utilisateurs

Langue

Allemand

Catégorie

Informatique

Niveau

Université

Créé / Mis à jour

01.03.2017 / 13.08.2018

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Was hat Douglas Englebart erfunden/entwickelt?

1968
Verstärkung des menschlichen Intellekts durch Computer
Erfand Maus
mother of all demos
hypertext (Querverweise)
Objektaddressierung
shared screen collaboration mit audio und video
dynamic file linking

Was hat Myron Krueger erfunden/entwickelt?

1977
Responsive Environments
- Kunst die auf Bewegung und Gesten von Betrachter reagiert durch sensing floors, graphic tables und Videokameras.
Interactive Computer Art - “Komponist” von intelligenten realtime computer mediated spaces. —> System erkennt Ereignisse in der realen Welt (Kontext), Prozessiert diese Events in bedeutsamer Weise, Produziert Feedback —> Beziehung zwischen realer und virtueller Welt geschaffen

Was ist Mobile Computing?

portabel, kabellos, netzwerkend, location sensitive, sicher
1996 PDA Nokia 9000 mobiltelefon mit PDA, SMS, Email, office, html browser
Smartphones: Konvergenz der Funktionen
Computing Trend: früher ein großer Computer den viele Teilen, heute umgekehrt (Handy+Tablet)

Was sind Vor- und Nachteile der Konvergenz der Funktionen?

Vorteile
- Alle Funktionen in einem Gerät
- Kontextawareness durch Sensoren
- Erweiterbar durch Apps
Nachteile
- schlechtere Qualität als einzelne Geräte (Photo)
- Hoher Energieverbrauch
- komplexe Entwicklung aber einfach Nutzung
- nicht erweiterbar

Was ist pervasive Computing?

alles durchdringend
industrielle Interpretation von Ubicom (überall verfügbar, Name der Wissenschaft)
in ein Gerät hineinwachsend
Name der Industrie
eTicket für Flug

Was ist Embedded Computing?

Computer mit bestimmter Funktion in Hard/software Umgebung eingebettet
muss wenig kosten, wenig Platz, wenig Energie, wenig Speicher. braucht speziale CPU (mikrokontroller), speziale operating systems
z.B. Fahrzeug Kontrolle (airbag, ESP), Internet-TV, T-Engine (Open Source!)
z.B. Rasperry PI2, Arduino -> smartes Sofakissen -> Mikroplattform für jeden

Was ist Wearable Computing?

Computer die am Körper sind - digitale Prothesen
früher: Uhren, Hörgerät
Heute smartWatches, Glasses, Shoes
Forschung: Energieversorgung, Formfaktoren und Anwendbarkeit
1976: Roulette Schuh, 2007: Oakley mit Mp3 player, Seit 1980: Steve Mann “Cyborg”
Cyborg: Kombination von biologischen, mechanischen und elektronischen Komponenten in hybride Organismen. Organismus (Minority Report), Cyborgs (Ironman), Cybernetics (I Robot)

Was ist Ubiquitous Computing?

Verteilte Systeme (Kommunikation, Management, Sicherheit)
- Mobile Computing
  - Mobile Netzwerke
  - Informationszugriff
  - Adaptive Applikationen —> Ubiquitous Computing
    - Natürliche Benutzerschnittstellen
    - Kontextadaptivität/Sensoren
    - Smart Spaces
    - Datenschutz
    - Datensicherheit
    - gesellschaftliche Auswirkungen
“Billionen von Sensoren werden die Welt permanent Messen und ein digitales Weltmodell analog zum WWW entstehen”
“Ubicomp ist der logische Schritt in Informationsprozessierung. Es schließt die Lücke zwischen Informationssystemen und Realität”

Was Probleme des Ubiquitous Computing?

Probleme
Ausstattung/Kalibrierung aufwendig
Skalierung (viele Kabel)
Eigentumsansatz
Komplexe, heterogene Hardware und komplexe conflicting Szenarien
Diskrepanz zwischen Modell und Realität
Hohe Datenmengen
Negative Statements
- “Ein Versuch einer gewalttätigen technologischen Penetration unseres Alltags”
- “Totalitarismus”
- Totalität

Was ist Invisible Computing?

Hardware für jede einzelne Anwendung
Nachteil: Ressourcen/Ergonomie, Wunsch ist Konvergenz
Donald E. Norman (1999)
Appliance - Gerät mit bestimmter Funktion z.B. Toaster
Information Appliance - Gerät spezialisiert für Informationen, z.B. Wissen, Fakten, Bilder, Photos, Sound und bestimmte Aktivitäten Musik, Schreiben... Können untereinander Informationen austauschen. “Jede 6 of 23 Anwendung hat sein eigenes Device speziell für eine Aufgabe. Lernen wie man das Gerät benutzt ist das gleiche wie die Aufgabe zu lernen
z.B. Stift mit Handschrifterkennung (print, send, save), Home Medical Advisor (misst alle Daten und sendet an Arzt), Photografie information appliance (nehme Bilder von Kamerachip und Internet und andere devices)
User centered design: Aufgaben, Bedürfnisse des Users, dann Produkt designen, dann technische Entwicklung

Was wird bei Invisible Computing kritisiert?

Komplexität nur auf anderes Level verschoben
- Umgang mit vielen Geräten
PC ist zu komplex
- general purpose device wie Schweizer Taschenmesser lieber einzeln Messer, Schere...

Was ist Unremarkable Computing?

Weisers Vision fürs Büro (100te kabellose Rechner pro Person
Heimszenario: Wie können 100te Geräte unsichtbar und ästhetisch zugleich sein? Wie können Sie gleichzeitig von mehreren Usern benutzt werden
2002 Tolmie et al: Ethnologische research Methoden: Field Studies, Fragebögen, Video Beobachtung, Verstehen von Komplexität der Routine, unbemerkte Aktionen (Klopfen an der Tür, Wecker klingelt Etc) -> Technologie die in Routine eingebettet werden soll, hat hohe Anforderungen

Was ist Disappearing Computing?

Kognitiv, emotional - Toaster Touch, Spiegel... 2001 Norbert Streitz: erweitert Weisers Aussage - “Technologien, die ein stimmiges und soziales Erlebnis ermöglichen wenn sie mit der Umgebung interagieren und kooperieren, indem sie den angemessenen Angebotscharakter bieten”
physical disappearance: Miniaturisierung und Integration der Geräte in tägliche Artefakte z.B. Kleidung, sodass man sie nicht mehr sieht
mental disappearance: Artefakte können groß sein, werden aber nicht als Computer wahrgenommen z.B. Interaktive Wand/Tisch. Technik rückt in den Hintergrund

Wofür werden Sensor Knoten verwendet?

z.B. SmartIts: Wie Postits (embedded devices), die an alltägliche Objekte “geklebt” werden um sie mit Sensorik, Wahrnehmung, Rechnen, Speicher und Kommunikation auszustatten
- Kontextbewusstsein
Ziel: Jedes reale Objekt kann smart gemacht werden. Für bestimmten Einsatz, wenig Energie, Sensoren und Aktoren, kein Userinterface

Was ist Smart Dust?

Smart Dust
- 2001: Autonomes sensing und communication in Kubikmillimeter
- Kommunikation durch Laser “Morsecode”
- Wetter-/Tierbeobachtung, Krieg?
- Organisch Abbaubar!?

Was ist das Internet der Dinge?

ab 1999 Netzwerk smarter Objekte mit
- eingebetteter Elektronik
- Software
- Sensoren
- Verbindung
Vereinen die reale und virtuelle Welt
Wie ubicomp
Industrie 4.0: Ich weiß immer jeden Zustand.
Ampeln, Uhren, Kühlschränke, Öfen, Klimaanlage, Steckdosen...
Web of Things: Anwendungsschicht für IoT. REST, HTTP, JSON, Websockets

Was ist Calm Computing?

1996: Weiser und Brown: Informationen in die Peripherie verschieben
Peripheral Awareness: Zentrieren von peripheren Objekten zur Aufmerksamkeit
z.B. Car warning lamps, Dangling String (roter riesen Faden im Büro zeigt Datenraten durch Bewegung und Sound), Pin Wheels (an der Decke, zeigen z.B. Web site hits tracking, stock market activity...)
Technik macht sich nur bemerkbar wenn sie gebraucht wird

Was ist Organic Computing?

Computer design auf biologischen Prinzipien beruhend
Self-CHOP: configuration (robotik wie zellen), healing, optimization, protection (Virenschutz) Self-X: explanation, describing...
NANO-BOTS

Was ist Ambient Intelligence?

context aware (Ot, Wer, Stimmung)
interactive (natürlich)
personalisiert (Rechts-/Linkshänder)
Multimodal, adaptive, antizipatorisch (Wunsch vorhersagen), sozialisiert (an Regeln/Religion/Kultur anpassen), empathisch (angepasstes Licht), Bewusstsein (eigene Wünsche)
Intelligenz = Bewusstsein, Trainieren, Fähigkeit bewegen -> selbst Laufen
Smart = programmierbar - wenn das ist mache ich das (Zustand)
Ambient Intelligence = Smartness
EU-Ziele: Mensch Maschinenkommunikation, ubiquitär, smarte Objekt. “größere Nutzerfreundlichkeit, effizienterer support, user Ermächtigung, Unterstützung von menschlicher Interaktion. Personen werden unsichtbar umgeben sein von intelligenten, intuitiven Schnittstellen die eingebettet in alltägliche Objekte sind und die Umgebung erkennen und auf Anwesenheit von Individuen und Objekten reagieren können.

Was ist Ambient Computing?

Kombination aus Ambient assisted living(/...) und ubiquitous computing, pervasive etc.
Gruppe am ITM seit 2010
Infrastruktur, Services und Interaktion in Ambient Spaces
Ambient Computing ist Kombination vieler Trends, keine neue Technologie

Ambient Begriffserklärung

Adjektiv

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

bestehend oder gegenwärtig

Ambient Begriffserklärung

Herkunft

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

ambire
- umhergehen
erste bekannte Nutzung
- 1596

Ambient Begriffserklärung

Nomen

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

umfassende Atmosphere
- Umwelt
erste bekannte Nutzung
- 1624

Was ist Ambient Light

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Umgebungslicht
- natürliches Licht
  - Sonne, Mond, ...
- künstliches Licht
  - Lampen
Philips Patent
- künstliches Licht hinter dem Fernseher -> erweitert das Bild

Was ist Ambient Occlusion?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Umgebungsverdeckung
Methode um Schatten für 3d Computergrafiken zu Erzeugen
- für realistische Schatten

Wer hat Ambient Music "erfunden"?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Brian Eno

Was ist Ambient Media?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Werbung die in der Umgebung integriert ist

Beispiele für Ambient Media

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Bushaltestellenhäuschen mit integriertem Bildschirm
Werbung auf Bierdeckeln
Uhrenwerbung auf Haltegriffen im Bus
Werbung in Spiegeln
...

Wann und wo wurde der Abacus erfunden?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

1100 v.Chr. in Indonesien

Was ist der Abakus?

Commandes clavier:

= tourner,

= avant/arrière,

= faire défiler

Rechenhilfsmittel
quasi erster Ambienter Computer
- zwar nicht digital
- mobil
- neues Interface
- visuelle Darstellung
schneller als Taschenrechner
Erweiterung einer manuellen Fähigkeit
- Body Extender

Wer war Vannevar Bush?

amerikanischer Ingenieur
Mitglied im Manhattan Projekt
Erfindung des Memex

Wer ist J.C.R. Licklider?

Psychologe und Akustiker
Begründer des Felds des Computer Interface Designs
hatte die Idee über Software, die in einem Netzwerk existiert und von dort überall hin migriert werden kann
- Web Services?!
Idee für ein "Intergalatisches Netzwerk"
- Internet!

Wer hat das Computer Interface Design begründet?

J.C.R. Licklider

Wer hatte die Idee zu einem "intergalaktischen Netzwerk"?

J.C.R. Licklider

Wer war Douglas Engelbart?

1925-2013
beschäftigt im Augmentation Research Center am Stenford Research Institute in Menlo Park
wollte menschlichen Verstand mit Computern erweitern
Erfinder von
- Maus
- Hypertext
- Objektadressierung
- Dynamische Dateiverlinkung
- Vater der Demos

Wer hat die Maus entwickelt?

Douglas Engelbart

Wer hat den Hypertext entwickelt?

Douglas Englebart

Wer hat die Objektadressierung entwickelt?

Douglas Englebart

Wer hat die dynamische Dateiverlinkung erfunden?

Douglas Engelbart

Wer hat die erste Demo überhaupt gemacht?

Douglas Engelbart

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Cartes-fiches

Welche Transpondertypen gibt es bei RFID?

passive
aktive

Was bedeutet Transponder?

Transmitter-responder
Eine Antwort wird für ein empfangenes Signal erzeugt

Was sind passive Transponder bei RFID?

Elektromagnetische Felder von Reader versorgen Transponder mit Spannung
Keine Batterie bei Transponder nötig
- Wartungsfrei
Entfernungen hängen von Reader Frequenz und Antenne ab

Was zeichnen aktive Transponder bei RFID aus?

Haben eigene Batterie für autonome Operationen
begrenzte Lebensdauer
höhere Produktionskosten
große Entfernungen möglich
- bis zu 100ten von Metern

RFID

Frequenzbereiche

niedrige Frequenz
- 100-135 kHz
hohe Frequenz
- 13,56 MHz
ultrahohe Frequenz
- 868-869, 902-928 MHz
Mikrowellen
- 2,45 GHz

RFID

Niedrige Frequenzen

100-135 kHz
Viele verschiedene Formen und Größen verfügbar
funktioniert in nicht-metallischen Objekten, in Wasser und organischen Matrialien
nicht druckbar
geringe Datenraten
geringe Reichweite
- 30cm

RFID

Hohe Frequenz

13,56 MHz
billige Transponder und Reader
mittlere Speicherkapazität und Datenrate
- 26 kbps
Abschwächung in metallischer Umgebung
- limitierte Entfernung
  - 150cm

RFID

Ultrahohe Frequenz

868-869, 902-928 MHz
große Distanzen
- 3m
kleine Antennen
geringe Kosten
limitierte Durchdringung von Wasser und organischen Materialien

RFID

Mikrowellen

2,45 GHz
große Distanzen
- 150cm
unsensibel gegenüber Metall

Welche Anwendungsmöglichkeiten für RFID gibt es?

Krankenhäuser
Logistik
Zugangskontrolle
Landwirtschaft
Büchereien
Mautsysteme

Was ist The Big Divide - Media Gap?

Das Abbildungsproblem von Metainformationen für reale Objekte in der virtuellen Welt.

Was ist ein zentrales Problem der Big Divide - Media Gap

Wie kann man Konsistenz garantieren?
aktuell:
- Manuelle Datenakquisition
  - sehr langsam
  - sehr teuer
  - zu fehleranfällig

Was ist Cooltown?

Pionierprojekt um das Big Divide - Media Gap Problem zu lösen
Projekt des HP Labs Palo Alto
~2000-2002
Xerox PARC hatte ähnliche Idee

Was sind die Ziele von Cooltown gewesen?

Webpräsenz für Menschen, Orte und Dinge erzeugen
Verbindung von physischer und virtueller Welt
Computer nutzen ohne Interface

Was ist die "Smart Kitchen" (2000)?

Haushaltsapplikation
interaktive, kontext-sensitive Rezeptsuche
viele Probleme

Was sind die Herausforderungen von RFID?

Kollisionserkennung
- slots are to short
benachbarte Tags können Schwingkreis stören
Tag misalignment

Magic Table

Konzept für eine interaktive Museumsausstellung
besteht aus
- Content Display Area
- Tangible Navigation Area
- Tangible Objects
nutzt RFID um die Positionierung der Tangible Objects zu bestimmen

RFID Problematik

RFID Tags mittlerweile so klein, dass damit alles überwacht werden könnte

Was ist Ambient Assisted Living?

Altersgerechte Assistenzsysteme für ein gesundes und unabhängiges Leben
für alle Altersstufen

Was sind Zielgruppen für AAL?

Familie/Angehörige
Ärzte/Rettungskräfte
Pflegedienste
Freunde
Mitbewohner/Nachbarn
Dienstleister/Handwerk

Was sind die Ziele von AAL für ältere Menschen?

Gesundheit und Funktionsfähigkeit erhalten
Möglichkeit des selbstbestimmten, autonomen und mobilen Lebens in der gewohlnten Umgebung so lange wie möglich
Erhöhung der privaten Sicherheit
Vermeidung von sozialer Isolation

Was sind die Ziele von AAL für physisch beeinträchtigte Menschen?

Verlängerung der Zeit, die selbstbestimmt, autonom und mobil in der gewohnten Umgebung gelebt werden kann
besserer Lebensstil
Erhöhung der privaten Sicherheit
Verhinderung der sozialen Isolation

Was sind die Ziele von AAL für Angehörige und Pflegeeinrichtungen?

Unterstützung durch neue Produkte und Dienstleistungen

Was ist ein allgemeines Ziel von AAL?

Steigerung von Effizienz und Produktivität von Ressourcen in der werdenden Gesellschaft

Anwendungsgebiete AAl

Sicherheit

Automatische Notrufsysteme
Überwachungskameras
Sturzerkennungssysteme
Fernsteuerbare Türöffner
Automatische Licht-Szenarien
Automatische Herdabschaltung
Funkbasierte Rauchmelder
Ortungssysteme für verlegte Gegenstände
Verhaltens-Analyse

Anwendungsgebiete AAL

Komfort

Fernsteuerungen
Roboterstaubsauger
Rasenmähroboter
Smart Home
Energiespar-Systeme
Vernetzte Entertainment Systeme

Anwendungsgebiete AAL

Gesundheit

Vernetzte Vitalwert-Sensoren
Gebäude als Vitalsensor
Telemedizinische Dienstleistungen
Medikamenten-Erinnerungssysteme
Self-Tracker
Sport-Geräte
Bettsensoren
Urin-Analyse in WCs

Anwendungsgebiete AAL

Soziale Teilhabe

Techniken zur Kompensation
- Fernseh- und Leselupen
- Vorlese-Software
Kommunikationsmedien
- Internet, Email, etc.
Mobilitätsunterstützung
- Geh-Hilfen, Rollstühle, Treppenlifte
- Segway-Rollatoren
- Exoskelette
Soziale Netze/Informations-Portale
Tagesplaner/Erinnerungshilfen
Roboter-"Haustiere"

Kriterien für die Realisierung von AAL

Finanzierbarkeit
Datenschutz/Privatsphäre
Bedienbarkeit
Transparenz
Autonomie
Nachhaltigkeit

AAL

Finanzierbarkeit

Wie und auf wen werden die Kosten verteilt?
- reguliert durch Politik?
- (Co-)Finanzierung durch Werbung?

Was sind die Herausforderungen von AAL?

Interoperabilität von Netzen und Diensten
Standardisierung von Prozessen
Finanzierung von AAL-Systemen
Nutzerakzeptanz
Bedienungsfreundlichkeit
Datenschutz/Datensicherheit
Privatsphäre
Informationelle Selbstbestimmung
Soziale Konsequenz der Technisierung
Neue Belastungen durch entlastende Technik?

Beispiele für Ambient Assisted Healthcare

Intelligent Super Toilet
Aktivitätsmonitoring über die Benutzungshistorie elektronischer Geräte
Personal Health Record
Augmented Reality für Demenzpatienten
Zugangskontrolle für potentiell gefährliche Geräte
Medikationsunterstützungssyteme

Was ist das Ziel von Smart Assist?

So lange wie möglich zuhause leben zu können.

Was sind die Konzepte von SmartAssist?

Entwicklung und Betrieb von einer intelligenten Serviceplattform
einfach zu installierende Technologie mit begrenzten Wartungsanforderungen
intuitive User Interfaces
Detektion von sich sehr langsamen verändernden Gesundheitsstadien
Kontext-aware Unterstützung für Mitglieder des sozialen Netzes
optimierte Pflege durch professionelle Pflegeeinrichtungen und Serviceagenturen

Was ist die Zielgruppe für AmartAssist?

70+
physisch und kongnitiv eingeschränkte Fähigkeiten
- aber noch in der Lage ohne Vollzeitpflege zu leben

Wie sieht der Ansatz für SmartAssist aus?

Entwicklung und Betrieb einer intelligenten Serviceplattform
nicht-invasives Sensornetz für die Überwachung von Gesundheitsstadien von Bewohnern von 50 Testhaushalten
Webportal, mobile Devices und Services on-the-go
Context aware Support für Mitglieder des sozialen Netzwerks
offenes Interface für third-party Services
Evaluierung durch medizinische Vergleichsstudie

Wie sieht die System Architektur für SmartAssist aus?

Offenes System mit stationären und mobilen Komponenten
- Sensornetzwerk im Haus
- Datenverarbeitung auf zentralem Server
- Kontrolle und Zugriff durch Webportal

Was sind Beispiele für Sensoren von SmartAssist?

Stromverbrauchsensor
Wasserverbrauchsensor
Temperatursensor
Feuchtigkeitssensor
Bewegungssensor
Türsensor

Wie ist ein möglicher Ablauf für eine Event Detection bei SmartAssist?

Detektion mit Beschleunigungsmesser
Schwellwertmodus minimiert Stromverbrauch
Anzahl von Schwellwertverletzungen korrespondiert zur Häufigkeit des Gebrauchs

Was sind stationäre Services von SmartAssist?

Spiele
Informationsportal
intelligente Services
Gesundheitsorientierte Tourplanung
- zb Pollenfreie Fahrradtouren, Wandertouren an Fitnesslevel angepasst

Étudier

Ambient Computing

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