TinyAIoT

Energie- und ressourceneffiziente künstliche Intelligenz für moderne IoT-Anwendungen

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Die Idee

Das schnelle Wachstum des Internet of Things hat die Entwicklung von Geräten gefördert, die auf Mikrocontrollern basieren, mit Sensoren ausgestattet sind und Daten austauschen können. Diese Geräte - die z. B. in Smart-Home-Anwendungen oder zum Aufbau von Umweltüberwachungsstationen eingesetzt werden - ermöglichen die Erfassung und Analyse großer Datenmengen und die Entwicklung potenziell leistungsstarker Anwendungen. Allerdings sind solche Anwendungen derzeit dadurch eingeschränkt, dass die gesammelten Daten über Cloud-Dienste ausgetauscht werden müssen, um moderne KI-Verfahren zu nutzen, was erhebliche Ressourcen in Form von Energie, Material und Bandbreite verbraucht. Ziel des TinyAIoT-Projekts ist es, diesen Ressourcenbedarf zu reduzieren, indem effiziente und besonders kleine KI-Modelle entwickelt werden, die auf Mikrocontrollern eingesetzt werden können. Dadurch wird nicht nur das Spektrum möglicher Anwendungsfälle auf leistungsfähigere Anwendungen erweitert, sondern auch die Menge an versendeten Daten von Anwendungen verringert, so dass Mikrocontroller mehrere Wochen bis Jahre lang autonom arbeiten können.

Verbundpartner

Das Projekt wird als Verbundprojekt der Universität Münster und der Reedu GmbH & Co. KG (Dr. Thomas Bartoschek) durchgeführt.

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re:edu ist ein Start-Up und Spin-Off aus dem Institut für Geoinformatik. Seit 2018 ist re:edu der Hersteller der senseBox und bietet ein breite Palette an Angeboten rund um die senseBox und die Bereiche Digitale Bildung, Citizen Science und Smart Cities an.

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Die Universität Münster beteiligt sich mit dem Institut für Geoinformatik (Prof. Dr. Angela Schwering) und dem Institut für Wirtschaftsinformatik (Prof. Dr. Fabian Gieseke).

Assoziierte Partner

Zudem sollen verschiedene Anwendungsszenarien gemeinsam mit vier assoziierten Partnern, der Stadtwerke Emsdetten GmbH, der Stabsstelle Smart City der Stadt Münster, dem Naturschutzzentrum Kreis Coesfeld e.V. und der Hof Homann eG, realisiert werden, und Unteraufträge an zwei weitere Firmen vergeben werden (opensenselab gGmbH und Budelmann Elektronik GmbH).

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Stadtwerke Emsdetten GmbH

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Stabstelle Smart City der Stadt Münster

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Naturschutzzentrum Kreis Coesfeld e.V.

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Hof Homann eG

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opensenselab gGmbH

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HANZA Tech Solutions GmbH

Ressourceneffizienz

Das Hauptziel des TinyAIoT-Projekts besteht in der weiteren Reduktion des Ressourcenbedarfs bestehender Implementationen sowie der entsprechenden Anpassung weiterer KI-Modelle. Dabei sollen insbesondere der Ressourcen- und Energiebedarf so stark reduziert werden, dass die zugrundeliegenden Mikrocontroller über einen längeren Zeitraum autark mittels Batterien betrieben werden können. Ein besonderer Fokus soll dabei auf der speziellen Kombination von Mikrocontrollern der Arduino-Familie und des LoRaWAN-Netzwerkprotokolls liegen (z.B. sehr kleiner Hauptspeicher und eingeschränkte Bandbreite von LoRaWAN). Die Ergebnisse sollen schließlich in die Anpassung und Erweiterung der senseBox sowie zugehöriger Sensornetze einfließen und so zu einer „intelligenten“ Version der senseBox –der TinyAI-senseBox – führen, die längere Zeit autark betrieben werden können.
Der Markt für IoT-Anwendungen ist bereits stark gewachsen und es ist anzunehmen, dass die Anzahl der Mikrocontroller in Zukunft deutlich ansteigen wird. Eine effizientere Umsetzung der Verfahren und der damit einhergehenden Einsparung an Energie bietet somit das Potential, den Energiebrauch für einen großen Teil solcher Geräte zu reduzieren und so einen signifikanten Beitrag zur Einsparung von CO2-Emissionen zu leisten. Zudem werden durch intelligente Mikrocontroller zahlreiche umwelt- und naturrelevante Anwendungen ermöglicht werden, wie z.B. in den Bereichen Landwirtschaft 4.0 und Smart Grids oder auch im Bereich von Ökosystemen.

Anwendungsfälle

Das TinyAIoT Projekt wurde zum Teil vom Birdiary Projekt inspiriert.

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