Internet of Thingsimec.iconSmart Industries

15 min

Het internet der onverwachte dingen

Een aantal tot de verbeelding sprekende IoT projecten waarin imec nauw samenwerkt met het bedrijfsleven.

Scroll

Als het ‘Internet of Things’ (IoT) écht alles aan elkaar gaat verbinden

Nadat de telefoon en het internet plaatsen aan elkaar wisten te verbinden en de mobiele telefoon hetzelfde deed met mensen, zijn we volop klaar voor het internet der dingen (IoT; Internet of Things). Meest zichtbare toepassingsgebieden voor de gewone burger zijn waarschijnlijk mobiliteit (denk aan zelfrijdende auto’s) en de slimme stad (meten van luchtkwaliteit, slimme verkeerslichten…).

Maar ook in heel wat andere sectoren bewijst IoT technologie al haar meerwaarde. Het opvolgen van de gezondheid van melkvee bijvoorbeeld. Of in de slimme supermarkt en de reiskoffer die nooit meer zoekraakt. Dankzij imec’s kennisportfolio en samenwerkingsprogramma’s zijn we van dichtbij betrokken bij een aantal tot de verbeelding sprekende IoT projecten.

MoniCow: big brother is watching koe

Het is zes uur ‘s ochtends op een doordeweekse dag in het Instituut voor Landbouw-, Visserij-, en Voedingsonderzoek (ILVO) in Melle. In de stal ontwaken een vijftigtal koeien langzaam uit hun slaap. Ook de veehouder van dienst begint aan zijn dag. Met een goede kop koffie werpt hij meteen een blik op het computerscherm. Daarop krijgt hij van elke koe een overzicht van een aantal belangrijke gezondheidsparameters. Gelukkig is alles ok met de dieren. De veehouder kan dan ook meteen na zijn eigen ontbijt gaan zorgen voor zijn dieren.

monicow

Halsband met geïntegreerde accelerometers en temperatuursensoren gebruikt voor het MoniCow project.

De gezondheid van de dieren is belangrijk. In eerste plaats voor hun eigen welzijn. Daarenboven ook voor de rendabiliteit van het veebedrijf. Een koe waarvan een uierinfectie of symptomen van kreupelheid te laat worden opgemerkt, kost al gauw enkele honderden euro’s. De technologische vooruitgang in de veehouderij voorziet al in een heel aantal hulpmiddelen om de veehouder hierin bij te staan. Helaas hebben de systemen voor het monitoren van vee vooralsnog een aantal beperkingen. Zo is hun functionaliteit meestal gericht op één specifieke toepassing en zijn de gegevens uit meerdere systemen niet makkelijk met elkaar te combineren. Ook is de levensduur van de batterijen in de sensoren die het vee draagt vaak niet afdoend.

Een drietal jaar geleden kwamen een aantal veehouders dan ook bij de Universiteit Gent aankloppen met de vraag voor een meer geïntegreerde en energiezuinige oplossing. Uit die vraag ontstond het imec-icon project MoniCow. Hierin werkten veehouders, kennisinstellingen en bedrijfsleven twee jaar samen aan een oplossing. Deze werd bij ILVO uitvoerig getest. Ruwweg bestond de opzet uit sensoren geïntegreerd in de halsband van de koe: accelerometers voor het analyseren van de beweging en sensoren voor het meten van temperatuur. Dankzij een netwerk van ultrabreedband (UWB) zenders kon bovendien nauwkeurige bepaling worden gedaan van de locatie en looproutes van elk dier.

David Plets, Professor bij Waves, een imec onderzoeksgroep aan Universiteit Gent, was bij het project betrokken: “We zijn erg trots op de resultaten uit het MoniCow project. In totaal hebben we een veertiental koeien betrokken in onze uitvoerige pilot. De data die we daaruit hebben verzameld tonen aan dat er een goede correlatie is tussen het gemeten gedrag van de dieren en de momenten waarop ze bijvoorbeeld bronstig zijn of bijna gaan kalven. Dit blijkt erg nuttig voor de boer om gerichter aandacht te geven voor de dieren die er op dat moment behoefte aan hebben. Technisch gezien zijn we met name ook blij met het inductieve laadsysteem dat we hebben ingebouwd. Hierdoor kunnen de batterijen van de sensoren draadloos opladen terwijl de koe wacht tijdens bijvoorbeeld het melken of voederen. Dankzij de samenwerking met de opleiding industrieel ontwerp van de Universiteit Gent maakte een student daarenboven een behuizing die er niet alleen mooi uitziet, maar ook de positie in het laadsysteem optimaliseert.”

David Plets zag ook onverwachte resultaten: “We kwamen erachter dat we de herkauwtijd van een koe kunnen afleiden uit onze data. Er bestaan systemen die dit doen, maar die meting is niet erg comfortabel voor de koe en kan daarom slechts sporadisch ingezet worden. In ons systeem komt die informatie als het ware ‘gratis’ mee met de gegevens die we sowieso al continue verzamelen om de bewegingen van de koe te analyseren.”

De opgedane kennis uit het project leverede al tien publicaties op in wetenschappelijke magazines en dertien papers op conferenties. Minstens even belangrijk is ook de verdere ontwikkeling naar de markt. De industriële partners in het programma waren DeLaval, ILVO, Metagam, Multicap, NXP Semiconductors België en snapTonic. Momenteel onderzoeken een aantal van hen of het prototype kan doorontwikkeld worden naar een verkoopbaar product. Voor het product op de markt kan komen, moet er onder andere nog grootschaligere validatie gebeuren van de algoritmes. Ook kan er gekeken worden naar andere markten zoals paardenverzorging. Naar verwachting zou dit binnen een tweetal jaar de eerste producten kunnen opleveren die voor de veehouderij beschikbaar zijn.

LUNAR: de efficiënte supermarkt

Natuurlijk willen we die lekkere melk  - en voor de niet-vegetariërs onder ons ook die heerlijke steak – ook op onze eettafel zien verschijnen. En daarvoor moeten we eerst naar de supermarkt. Ook daar vinden IoT toepassingen geleidelijk ingang.

Eli De Poorter, Professor bij IDLab, een imec onderzoeksgroep aan Universiteit Gent: “Onder druk van online shops zijn supermarkten en retailers op zoek naar manieren om de fysieke winkelbeleving te herdefiniëren door het aanbieden van betere klantervaringen. Bijvoorbeeld door op een schermpje op je winkelwagen gepersonaliseerde informatie aan te beiden op basis van je locatie in de winkel. Denk bijvoorbeeld aan het aanbieden van een route doorheen de winkel op basis van je boodschappenlijstje. Of bij het nemen van een product uit de rekken, suggestierecepten aanreiken - en meteen ook de route naar de aanvullende ingrediënten – op basis van je dieet- en allergie-informatie. En wie wil er nu niet de real-time informatie over wachttijden aan de kassa’s?” Ook voor de supermarkt zelf ziet Eli De Poorter voordelen: “De eigenaar kan op basis van heat-maps kijken waar de knelpunten zijn in zijn winkel. En analyseren of promoties aanslaan. Blijven klanten echt langer stilstaan bij een bepaalde reclame-display of lopen ze er gewoon voorbij? En voor nieuw personeel kan het ook een hulp zijn wanneer ze rekken moeten vullen of klanten wegwijs maken.”

Binnen het LUNAR project werden een aantal van deze scenario’s uitgetest. Uitgangspunt was om –via ultrabreedbandtechnologie (UWB) - het winkelkarretje te kunnen traceren doorheen het winkeltraject en op basis daarvan extra diensten aan te bieden. Het betrekken van de eindgebruikers leverde cruciale inzichten op. De Poorter: “In de eerste opzet hadden we een tablet bevestigd op de stang waarmee je het karretje voortduwt. Ook boden we real-time updates aan waarbij we meermaals per seconde de locatie van de klant bepaalden en de informatie op het schermpje daarop aanpasten. Tot onze verbazing had dit het omgekeerde effect. Consumenten gingen zich zodanig fixeren op de steeds vernieuwende informatie die zich vlak onder hun neus bevond, raakten afgeleid en botsten tegen andere klanten en obstakels. We hebben het systeem dan ook opnieuw vormgegeven, waarbij we de tablet meer achteraan in het karretje hebben geplaatst. Ook de refresh-rate van de informatie schroefden we drastisch terug en we gaven enkel updates op momenten dat het relevant leek: bijvoorbeeld als iemand langere tijd bleef stilstaan op een bepaalde plek.”

lunar
Winkelkar uit het LUNAR project die je winkelervaring efficiënter en aangenamer maakt, bijvoorbeeld door je naar de juiste winkelrekken te leiden

Ook technisch was LUNAR een succesvol project. De Poorter: “Eigenlijk blijkt het systeem zelfs meer te kunnen dan onze oorspronkelijke doelen of wat strikt noodzakelijk is voor de eerste toepassingen. Zo zijn bijvoorbeeld de continue updates niet noodzakelijk voor deze specifieke toepassing. Ook kunnen we tot op vijftien centimeter nauwkeurig de locatie bepalen, terwijl we dertig vooropstelden. En waar ons doel was om tweehonderd karretjes te kunnen traceren in een ruimte van tweeduizend vierkante meter, kunnen we uiteindelijk tot zesduizend karretjes opvolgen. Dit kan door de draadloze communicatieprotocollen zo te implementeren dat de karretjes enkel informatie versturen op een moment dat de naburige karretjes dit niet doen. Op deze manier vermijden we dat twee signalen met elkaar gaan interfereren wat voor fouten of verwarring kan zorgen in de interpretatie.”

Net zoals bij MoniCow, vinden ook de resultaten van LUNAR hun weg naar de markt. Pozyx, een Gentse start-up, plukt er al de eerste vruchten van. Michael Van de Velde, VP sales & marketing bij Pozyx: “Dankzij het LUNAR project is ons bedrijf kunnen doorgroeien naar inmiddels vijftien medewerkers en meer dan drieduizend klanten. Onder andere AB InBev en SpaceX nemen van ons producten af waarin we de kennis gebruiken die we in het LUNAR project hebben ontwikkeld.”

Imec maakt het mede mogelijk

Zowel MoniCow als LUNAR zijn alumni van het imec.icon programma waarin imec vraaggedreven innovatie vanuit het bedrijfsleven ondersteunt. Imec was ook telkens een van de projectpartners. Michael Van de Velde: “In het LUNAR project waren de imec onderzoekers verantwoordelijk voor het antenne-design dat we nu nog steeds in onze producten gebruiken.” David Plets: “Bij MoniCow zetten we onze expertise in om de communicatie te optimaliseren. In een stal is veel metaal aanwezig en ook het lichaam van de koeien hindert de draadloze signalen. Het vermogen en andere parameters van je communicatiesignaal moeten aangepast zijn zodat je betrouwbare informatie kan versturen zonder te veel energieverbruik. Samen met Multicap uit Hove droegen we ook bij aan de lokalisatiealgoritmes. En we voerden een techno-economische studie uit voor de economische haalbaarheid.”

Laat er dus geen misverstand over bestaan: om met imec samen te werken hoeft dus niet altijd de meest vooruitstrevende hardware uit het lab overgedragen te worden.

In veel gevallen biedt imec een uniek inzicht om de bestaande technologie van het partnerbedrijf te verbeteren.

Eli De Poorter: “In deze IoT projecten is de betrokkenheid van de partners vaak erg groot. Zowel voor de bedrijven als de testpersonen liggen de toepassingen dichtbij hun leefwereld. Dit motiveert hen en maakt het ook voor ons erg boeiend om samen te werken.” 

Vanzelfsprekend ontwikkelt imec ook zelf vooruitstrevende technologie voor IoT toepassingen. Denk aan radar-gebaseerde technologie voor nauwkeurige lokalisatie in gebouwen. Deze is minder invasief voor de persoonlijke werk- en levenssfeer dan camera-gebaseerde systemen en bovendien gebaseerd op de gangbare Bleutooth standaard. Ook kan het ingezet worden voor zogenaamde ‘secure proximity detection’. Denk aan autodeuren die vanzelf losgaan als je in de buurt komt met je sleutel of smartphone. In toenemende mate specialiseren autodieven zich in het hacken van dergelijke systemen door zogenaamde ‘relay attacks’. Ze gebruiken daarbij een klein toestel om het draadloze signaal op te vangen en te versterken wanneer je sleutel of telefoon bijvoorbeeld vlak bij de voordeur hebt liggen. Met imec’s radartechnologie zijn dergelijke aanvallen onmogelijk.

imec bluetooth radar

Bluetooth-gebaseerde technologie voor veilige locatiebepaling, zoals recent gepresenteerd door imec en haar partners

Slimme reiskoffer: the sky is the limit

En de toepassingen zijn letterlijk eindeloos. Jeroen Hoebeke, professor bij ID lab, een imec onderzoeksgroep aan Universiteit Gent: “IoT is inmiddels wel een containerbegrip geworden.

Voor mij gaat het met name om objecten die in oorsprong niet gemaakt zijn met connectiviteit als uitgangspunt.”

Zo richt een van de recent gestarte imec.icon projecten zich op de slimme reiskoffer. Een die dankzij geïntegreerde technologie zichzelf kan wegen en ook nooit meer zoekgeraakt. Hoebeke: “We zien ook interessante ontwikkelingen in de sport. Een domein waarin sowieso al veel gemeten wordt. De uitdagingen daar zijn bij topsporters om accuraat en real-time te kunnen meten en feedback te kunnen geven. Ook om in teamsporten uitgebreide en contextuele analyses te kunnen doen van de onderlinge posities en relaties. Bijvoorbeeld bij voetbal hoe de opstelling van de verdediging zich verhoudt tot het scorend vermogen van de aanvallers. Ook bestaan er al sensoren in de bal of de voetbalschoenen om de interactie tussen de bal en de speler te meten. Bij baanwielrennen kan je analyseren wat de optimale posities en pedaalkracht zijn voor maximale snelheid en minimale vermoeidheid. Eens de technologie is ontwikkeld, is het dan vaak ook de uitdaging om het laagdrempelig ter beschikking te kunnen stellen van de amateurclubs en -sporters.”

iot baanwielrennen

IoT sensor voor toepassing in baanwielrennen

Ook de schaalgrootte van de projecten is vaak een uitdaging. Hoebeke: “Niet alleen in de landbouw, retail en het smart suitcases project, maar ook bijvoorbeeld in de vele projecten in de logistiek sta ik telkens versteld van de veelheid aan meetpunten en de grootte van afstanden die we moeten overbruggen. Dit stelt ook specifieke eisen aan de technologie en de implementatie ervan. Zo wil je een koffer op de luchthaven of een pakje in een magazijn tot op enkele centimeter nauwkeurig kunnen traceren. Maar je wil het ook nog kunnen volgen als het op de baan of in de lucht is. Daarbij volstaat dan weer een nauwkeurigheid van enkele honderden meters. Ook zien we met name in de logistiek een moeilijkheid op vlak van integratie in de bestaande technische infrastructuur. Bedrijven hebben vaak grote investeringen gedaan in een systeem van een bepaalde leverancier en dan is het lastig om daar nieuwe elementen aan toe te voegen. Maar ik zie wel een grote bereidheid om nieuwe technologie en standaarden te adopteren. De sector is volop in beweging en begrijpt dat een grote mate van flexibiliteit moet ingebouwd worden om investeringen in automatisering te laten renderen op langere termijn. Amazon is daar een goed voorbeeld van. Niet toevallig zijn zij van nature een IT bedrijf wat zich heeft gespecialiseerd in slimme logistiek.”

Laat het duidelijk zijn: de grenzen van IoT implementaties zijn nog lang niet bereikt. Imec reikt dan ook een hand naar bedrijven die gebruik willen maken van het verscheiden aanbod aan technologie en diensten.
 

Meer weten?

Biografie David Plets

In 2006 behaalde David Plets zijn Master in de Elektrotechnische Ingenieurswetenschappen, met ICT als specialisatiedomein. Sindsdien maakt hij deel uit van de Wireless, Acoustics, Environment & Expert Systems (imec-WAVES)-groep (Departement Informatietechnologie-INTEC-UGent). In 2011 rondde hij zijn doctoraat af rond de karakterisering en optimalisatie van draadloze broadcast en WLAN-netwerken. Zijn huidig onderzoek behelst de optimalisatie van draadloze communicatie- en broadcastnetwerken, met een focus op dekkingsgraad, blootstelling en interferentie. Hij is verder betrokken in onderzoek rond lokalisatietechnieken en IoT, for zowel industrie- als health-gerelateerde toepassingen. Sinds 2016 is hij deeltijds professor aan de vakgroep INTEC-UGent.

Biografie Eli De Poorter

Eli De Poorter is professor bij IDLab, verbonden aan Universiteit Gent en imec. Hij verricht onderzoek omtrent draadloze communicatienetwerken voor IoT toepassingen, gaande van indoor lokalisatietoepassingen tot betrouwbare communicatie voor industrie 4.0. Hij is de auteur van meer dan 100 IoT gerelateerde publicaties en is de Universiteit Gent coördinator van de nieuwe Internet of Things postgraduaat opleiding.

Biografie Jeroen Hoebeke

Jeroen Hoebeke is verbonden aan het Internet Technology and Data Science Lab verbonden aan Universiteit Gent en imec. Als professor verricht hij er reeds jarenlang onderzoek naar draadloze oplossingen voor het Internet of Things. Tevens bekijkt hij hoe open standaarden kunnen gebruikt worden om sensoren en actuatoren makkelijker uit te rollen, met elkaar te laten praten en te gebruiken in IoT toepassingen. Deze expertise heeft hij toegepast in verschillende IoT domeinen zoals slimme gebouwen, logistiek, gezondheidszorg, sport en industrie 4.0. Sinds 2015 is hij ook docent van het nieuwe vak Internet of Things aan de Universiteit Gent.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over. Lees ook ons privacy statement. Sommige inhoud (video's, iframes, formulieren,...) op deze website zal pas zichtbaar zijn na het accepteren van de cookies.

Accepteer cookies