Het internet of things (IoT) houdt grote beloften in voor bemonstering (big data), besturing en bewaking op afstand van uiteenlopende processen en apparaten – van smart industry tot smart home. De levenslijn van IoT is draadloze communicatie over korte en lange afstand. Op dat technologiegebied bekleedde Nederland ooit een vooraanstaande positie, met slimme uitvinders en grote r&d-centra. Het onderzoek loopt door, ook in ons land, maar de technologie is inmiddels volwassen en de grote kansen liggen nu in de ontwikkeling van toepassingen. ‘We moeten het zoeken in sterke applicatiedomeinen, niches waarin Nederland vooroploopt.’
Jaap Haarsten, uitvinder Bluetooth. CTO Plantronics
Doorbraak der draadloze dingen
– Tegenwoordig concentreert het onderzoek aan ‘draadloos’ zich op de technische universiteiten.
– Naast Ericsson zijn Nokia en Huawei Technologies de grote spelers in mobiele telecommunicatienetwerken.
– ‘In Nederland zitten de meeste bedrijven in de fase van het verkennen van een businesscase.’
– ‘Welke IoT-applicaties kunnen bijdragen aan oplossingen voor de achterliggende maatschappelijke uitdagingen?’
Met mensen als Cees Links, grondlegger van wifi, en Jaap Haartsen, uitvinder van bluetooth, speelde Nederland in de vorige eeuw zijn partij mee in de opkomst van draadloze communicatietechnologie. En begin deze eeuw hadden communicatiegiganten als Ericsson en Lucent Technologies nog grote r&d-centra in ons land. Een paar jaar later waren die gesloten. Tegenwoordig concentreert het onderzoek aan ‘draadloos’ zich op de technische universiteiten.
Meer data, minder energie
Sinds 2007 doet het Centre for Wireless Technology Eindhoven (CWTe) onderzoek aan de elektronica en antennes, de protocollen, de signaalbewerking en het netwerkbeheer voor draadloze communicatie. Dat betreft zowel de lange afstand – 4G is uitgerold, 5G en verder staat nu centraal in het onderzoek – als de korte afstand, met radiofrequentie (rf)-technieken als wifi, zigbee en bluetooth. ‘Door de samenwerking van vijf groepen uit de faculteit Elektrotechniek hebben we een brede aanpak van multidisciplinaire problemen rond draadloze communicatie en een betere kijk op het hele systeem en netwerk’, zegt professor Sonia Heemstra de Groot, wetenschappelijk directeur van het CWTe.
Professor Sonia Heemstra de Groot, wetenschappelijk directeur van het CWTe: ‘Voor heel hoge datasnelheden ontwikkelen we de micro-elektronica, processing en netwerken, met een focus op lage kosten en laag energiegebruik.’ Foto: Angeline Swinkels
Van de vier onderzoeksprogramma’s zijn er twee IoT-gerelateerd. ‘We werken aan zeer hoge datasnelheden, van uiteindelijk 10 tot 20 terabit per seconde, door hogere frequenties te gebruiken, boven 30 gigaherz. Daarvoor ontwikkelen we de micro-elektronica, processing en netwerken, met een focus op lage kosten en laag energiegebruik.’ De tweede onderzoekslijn is ‘Ultra-low power and IoT’. Daarbij gaat het om devices die heel klein zijn en nauwelijks energie gebruiken, liever nog hun energie uit de omgeving halen met behulp van energy harvesting (onder meer uit omgevingslicht of -warmte, uit de eigen beweging of uit de radiogolven van het draadloze netwerk). ‘We hebben bijvoorbeeld een mini-temperatuursensor ontwikkeld van een kubieke millimeter groot die alles heeft voor draadloze communicatie, inclusief antenne en energy harvesting. Die kleine devices zijn de bouwstenen van een toekomstig IoT voor fijnmazige metingen, dat echt overal aanwezig kan zijn omdat die devices zo klein zijn.’ De aantallen kunnen heel groot zijn en dat brengt een nieuwe uitdaging met zich mee, namelijk het beheer van al die devices. ‘Daarvoor werken we aan een cognitief IoT, dat een vorm van intelligentie in een groep van devices brengt, waardoor die zelforganiserend kunnen optreden. In ons eigen gebouw op de campus in Eindhoven hebben we daarvoor een testbed met 180 sensoren.’
De grote aantallen devices leveren ontzettend veel data op, soms echter wel van slechte kwaliteit, bijvoorbeeld doordat er veel ruis in zit. Veel onderzoekinspanning zit dan ook in de signaalbewerking en data analytics. Zeker als het tijdkritieke toepassingen betreft, zoals realtime besturing van processen, is ook de latency, de vertraging in de dataoverdracht in het netwerk, van belang. Met de opkomst van steeds meer IoT-netwerken komt er vanzelf ook vraag naar hun onderlinge samenwerking en data-uitwisseling. Het CWTe participeert in een groot Europees project rond de zogeheten interoperabiliteit van IoT-netwerken.
Relevant voor industrie
Samen met NXP, een grote speler in automotive-chips, werkt het CWTe aan het betrouwbaarder maken van de communicatie tussen auto’s, met als uiteindelijke doel onder meer energiezuiniger en veiliger rijden. Interessant voor de industrie noemt Sonia Heemstra de Groot ook het onderzoek aan elektro-optische communicatie over korte afstand met infraroodbundels. Voordelen ten opzichte van technieken als wifi zijn de hogere datasnelheden en de ongevoeligheid voor rf-storing. Zo is er in Nederland nog steeds voor de industrie relevant onderzoek aan draadloze communicatie. De Eindhovense hoogleraar betreurt wel dat de grote r&d-centra van de telecomgiganten hier zijn gesloten. ‘Ik heb zelf aan 3G gewerkt bij Ericsson in Enschede; dat is ook allang weg. Jammer voor de Nederlandse industrie.’
Wing Leung, Channel Director Netherlands Enterprise at Huawei Technologies
Ecosysteem
Naast Ericsson zijn Nokia (dat in 2015 Alcatel-Lucent overnam) en Huawei Technologies de belangrijkste internationale spelers in mobiele telecommunicatienetwerken. Het Chinese Huawei werd groot in de zakelijke markt en is sinds een jaar of zes ook actief in de markt voor smartphones en andere consumentenproducten. Wereldwijd telt Huawei 180.000 medewerkers, van wie 45 procent werkt in r&d; daarin wordt elk jaar vijftien procent van de omzet geïnvesteerd. In Nederland heeft het concern sales- en marketingkantoren in Amsterdam en Voorburg met in totaal 650 medewerkers. Een van de drie business groups is Enterprise, dat onder meer IoT-oplossingen (sensoren, computing, dataverwerking en -opslag, data analytics) levert. Dat doet het samen met partners, vertelt Wing Leung, channel director Netherlands Enterprise. ‘Zeker voor IoT kun je niet alles zelf doen, maar heb je een ecosysteem nodig.’ Zo heeft Huawei in München een open lab ingericht, waarin het samen met de grote automobielconcerns communicatieoplossingen ontwikkelt en test voor connected mobility en verkeersveiligheid, zoals connected automated driving. Met Philips Healthcare werkt Huawei in thuisland China samen om de gezondheidszorg naar de cloud te brengen. Daar moet kunstmatige intelligentie, bijvoorbeeld voor de interpretatie van mri- of ct-scans, de medische expertise verschaffen die in het uitgestrekte land lang niet overal fysiek beschikbaar is in de vorm van medische specialisten. Draagbare sensoren monitoren de gezondheid en apps maken de patiënt beter geïnformeerd.
IoT en 5G
Ook in Nederland zoekt Huawei de samenwerking, meldt Wing Leung. Zo heeft het bedrijf sinds kort een klein team op de High Tech Campus Eindhoven om de samenwerking daar te versterken. ‘Het boegbeeld is echter het Amsterdam ArenA Innovation Center, waarin we samen met bedrijven als KPN, Philips Lighting, Honeywell, TNO en bouwbedrijf BAM op de ArenA Boulevard concepten voor smart city ontwikkelen.’ In kleinschaliger projecten werkt Huawei voor bedrijven IoT-oplossingen uit. Dat begint vaak met het maken van de businesscase. Een concreet voorbeeld is de samenwerking met VodafoneZiggo en een fabrikant van verf en coatings voor een IoT-netwerk dat in bouwmarkten data verzamelt van verfmengmachines. Uit de data zijn de voorkeuren van consumenten voor verfmerken en -kleuren af te leiden. Een praktische vraag in het project betrof de draadloze verbinding tussen de verfmachines en de cloud, vertelt Leung. Het 4G-netwerk kreeg de voorkeur boven wifi in elke bouwmarkt. ‘Want 4G geeft een stabielere verbinding en met 5G wordt dat nog beter.’ De opkomst van het 5G-telecomnetwerk, dat rond 2020 moet zijn uitgerold, geeft het IoT een enorme boost, verwacht Leung. Huawei besteedt er veel r&d aan een lanceerde dit voorjaar een complete range aan productoplossingen voor het gebruik van 5G in zowel gebouwen als buiten.
‘IoT wordt wereldwijd uitgerold en iedere apparatenbouwer pikt een graantje mee’
Mede dankzij Huawei is China een voorloper in het gebruik van wireless– en IoT-oplossingen. Maar ook ons land kent een hoge adoptiegraad voor de nieuwe technologie, in vergelijking met Europese landen als Duitsland, aldus Leung. ‘In Nederland praten bedrijven er eerder over, maar tot nu toe zitten de meeste in de fase van het verkennen van een businesscase. In China is men al verder, mede vanwege het schaalvoordeel. Zie het fietsdelen (onlangs te zien in het tv-programma ‘Door het hart van China’, red.). Maar bijvoorbeeld ook smart wasmachines en stofzuigers zijn daar al een paar jaar op de markt. Die moeten in Europa nog doorbreken.’
Niches
Over doorbraken gesproken, als het aan Erik Teunissen ligt, gaat de IoT-revolutie er komen. In 2016 legde Berenschot, waar hij senior managing consultant is, de basis voor een ecosysteem rondom IoT, samen met (Zuid-)Nederlandse bedrijven, Universiteit Maastricht en netwerkorganisaties. Zij werken aan innovatieprojecten om de technologie te demonstreren en daarnaast verzorgt Berenschot samen met de Belgisch-Nederlandse clusterorganisatie DSP Valley een programma voor businessontwikkeling. Maar ons land moet wel kieskeurig zijn, stelt Teunissen. ‘Nederland heeft wel een aantal uitvinders gekend, maar je kunt niet zeggen dat we nu vooroplopen. IoT wordt wereldwijd uitgerold en iedere apparatenbouwer pikt een graantje mee. Het gaat nu om de applicatieontwikkeling en dan moeten we het dus zoeken in sterke applicatiedomeinen, niches waarin Nederland vooroploopt, zoals agrifood of healthcare.’ Zo is eind vorig jaar een consortium opgericht, Smart Horticulture, waarin dertig bedrijven samenwerken om de transitie van de Nederlandse tuinbouw naar een datagedreven kennisketen mogelijk te maken. ‘De boer van de toekomst werkt met big data.’ Veel kansen voor de toepassing van draadloze communicatie, in combinatie met printed electronics, ziet Teunissen in wearables voorzien van allerlei sensoren voor het meten op en aan het lichaam. De data zijn bestemd voor de gebruiker, die ze bijvoorbeeld bij fitness kan aflezen op een smartwatch, of voor de arts.
Uitdagingen
Inmiddels heeft Teunissen het initiatief genomen tot het opstellen van een nieuwe roadmap door Berenschot en DSP Valley. Die gaat de technische issues rond IoT uitdiepen: multidisciplinaire integratie van allerlei technologieën, verwerking van de vaak ruisachtige signalen, energievoorziening en security. Uiteindelijk moet die roadmap richting geven voor het selecteren van kansrijke businesscases. ‘Welke IoT-applicaties kunnen bijdragen aan oplossingen voor de achterliggende maatschappelijke uitdagingen? Zoals het wereldwijde voedselprobleem, mobiliteit, energiegebruik, veiligheid en (gepersonaliseerde) healthcare. Daardoor komt IoT steeds meer in ons dagelijks leven om de kwaliteit daarvan te verbeteren en de beschikbare vrije tijd te doen toenemen. IoT wordt een tweede natuur.’
