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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Zukunftsreport

Ubiquitäres Computing

Themenbereich: Informationstechnik
Analyseansatz: Zukunftsreport
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 2006 bis 2009

Der Begriff »Ubiquitäres Computing« (UbiComp) bezeichnet die Vision der All-gegenwärtigkeit von kleinsten, miteinander drahtlos vernetzten Computern. Entscheidend ist dabei, dass sie unsichtbar in beliebige Alltagsgegenstände eingebaut oder an diese angeheftet werden können. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, mithilfe von Sensoren die Umwelt eines Gegenstands zu erfassen. Diese mit Informationsverarbeitungs- und Kommunikationsfähigkeiten ausgestatteten Gegenstände werden in die Lage versetzt zu »wissen«, wo sie sich befinden, welche anderen Gegenstände in der Nähe sind und was in der Vergangenheit mit ihnen geschah.
Aus der Perspektive des Nutzers stellt diese technische Vision einen Paradigmenwechsel dar. Statt der herkömmlichen Mensch-Maschine-Interfaces sollen weitgehend autonome computergestützte Dienste zur Verfügung stehen, die sich im Hintergrund agierend auf die Bedürfnisse des Nutzers einstellen und diesen bei einer Vielzahl von Aufgaben und Tätigkeiten selbsttätig unterstützen. Die potenziellen Anwendungsbereiche beschränken sich dabei nicht nur auf das Private, sondern sind in nahezu allen Branchen, Arbeits- und Geschäftsfeldern in einer Fülle von Funktionsausprägungen denkbar.

Gegenstand und Ziel der Untersuchung

Beispiele für die Anwendungsbereiche des ubiquitären Computing sind Handel, Produktion und Logistik, Verkehr (sowohl öffentlicher als auch individueller), Gesundheit usw. Das Potenzial vieler gegenwartsnaher Anwendungen basiert auf der Möglichkeit zur »intelligenten« Kennzeichnung von Gegenständen. Vor allem im Bereich Logistik und Handel werden die bisher mit Barcodes markierten Waren zunehmend mit Radiofrequenz-Identifikations-Etiketten (RFID) ausge-stattet, auf denen weiter gehende Informationen gespeichert und drahtlos abgefragt werden können. Mit der intensivierten Vernetzung von Objekten, Sensoren, Steuerungselementen und Datenbanken ist indessen nicht nur eine massive Erhöhung der im Umlauf befindlichen Datenmengen verbunden. Zunehmend werden die mithilfe verschiedener Technologien (Biometrie, RFID, internetbasierte Informations- und Filterprogramme) erfassten Datenbestände vieler Einzelanwendungen miteinander verknüpft und intelligent ausgewertet.

Das Spektrum der Studien und Initiativen sowie des Engagements unterschiedli-cher Akteure unterstreicht die hohe Relevanz des Themas für Wirtschaft, Gesellschaft und Politik angesichts vielfältig offener technischer, juristischer, sicherheits-, umwelt- und gesellschaftspolitischer Fragen. Aus nationaler Perspektive besteht Bedarf an einer sachbezogenen Bestandsaufnahme der technologischen Entwicklungslinien des ubiquitären Computing. Diese Bestandsaufnahme ist eine Voraussetzung, um die möglichen forschungspolitischen Optionen zur Weiterentwicklung herausarbeiten zu können. Eine sachgerechte Information von Entscheidungsträgern aus Politik und weiteren Bereichen über aktuelle und potenzielle Entwicklungen könnte zudem dazu beitragen, die kultur- und gesellschaftspolitische Debatte frühzeitig zu begleiten und die technische Entwicklung innovationsförderlich mitzugestalten.

Ziel dieses Zukunftsreports war es,

  • die für ubiquitäres Computing relevanten Entwicklungsperspektiven der IuK-Technologien zu beschreiben,
  • Entwicklungspotenziale in wichtigen Anwendungsbereichen aufzuzeigen,
  • Bedingungen für die Realisierung dieser Entwicklungspotenziale (z.B. Standardisierung, Regulierung, Forschungsförderung) herauszustellen,
  • darauf aufbauend zu untersuchen, wo mit Blick auf Chancen und unerwünschte Effekte Handlungsbedarf besteht.

Ergebnisse

Anwendungen des Ubiquitären Computings können dabei einen hohen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen stiften: Beim intelligenten Wohnen sollen der Komfort, die Energieeffizienz und die Sicherheit erhöht werden; intelligente Fahrzeuge sollen Verkehrswege sicherer machen; lernfähige persönliche Assistenzsysteme sollen die Arbeitsproduktivität im Büro steigern; im medizinischen Bereich sollen implantierbare Sensoren und Kleinstcomputer den Gesundheitszustand von Patienten überwachen.

Im Folgenden werden einige ausgewählte, zentrale Aspekte des vom TAB erarbeiteten Zukunftsreports vorgestellt.

Technische und ökonomische Entwicklungen - Basis für ubiquitäres Computing

Die technologische Grundlage des Ubiquitären Computings ist die Zusammenführung einer Vielzahl von Technologien. Als typische Querschnittstechnologie nutzt das Ubiquitäre Computing die ganze Breite moderner Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Folgende Entwicklungen zeigen, dass aus technologischer Sicht (Machbarkeit) und unter Kostengesichtspunkten (Wirtschaftlichkeit) einer Verbreitung des Ubiquitären Computings in den nächsten Jahren kaum etwas im Wege steht:

  • Preisverfall Hardware: Die treibende Kraft hinter dem stetigen technischen Fortschritt im Bereich des Ubiquitären Computings ist der langfristige Trend der Mikroelektronik, der durch das sogenannte »Mooresche Gesetz« beschrieben wird, wonach sich die Verarbeitungsleistung von Mikroprozessoren etwa alle 18 Monate verdoppelt. Eine ähnlich hohe Effizienzsteigerung ist auch für andere Technologieparameter wie Kommunikationsbandbreite oder Speicherkapazität zu beobachten. Anders ausgedrückt fällt mit der Zeit bei gleicher Leistungsfähigkeit der Preis für mikroelektronisch realisierte Funktionalität radikal. Da erwartet wird, dass dieser Trend weiter anhält, dürfte Computerleistung bald quasi im Überfluss vorhanden sein.
  • Preisverfall Kommunikation: Die Kommunikationsleistung verdoppelt sich alle sechs Monate (»Gildersches Gesetz«). Neue Kommunikationstechnologien, -standards und -konzepte (z.B. spontane Vernetzung) bringen neue Anwendungspotenziale.
  • Miniaturisierung Hardware: Neben der Leistungssteigerung wird Hardware immer weiter miniaturisiert, sodass sie fast unsichtbar in immer mehr alltägliche Gegenstände integriert werden kann.
  • Verbesserte Energieversorgung: Bedingt durch zwei sich verstärkende Trends, dem geringeren Energieverbrauch von Chips ähnlicher Leistung und Funktionalität sowie der verbesserten Batterietechnik, wird die Energieversorgung immer besser.
  • Sensorik: Sensoren ermöglichen die autonome Erkennung von unterschiedlichsten Parametern der Umgebung und sind damit vitaler Bestandteil vieler UbiComp-Lösungen. Moderne Sensoren können nicht nur auf Licht, Beschleunigung, Temperatur etc. reagieren, sondern auch Gase und Flüssigkeiten analysieren oder sogar gewisse Muster erkennen. Eine interessante Entwicklung in dieser Hinsicht stellen Funksensoren dar, die sich auch autonom aus ihrer Umgebung mit Energie versorgen und ihre Messwerte einige Meter weit melden können.
  • Aktuatorik: Aktuatorikelemente ermöglichen kleinste Bewegungen und Verformungen von intelligenten Gegenständen.
  • Neue Materialien: Flexible Bildschirme und elektronisches Papier sind Beispiele für neue Materialien, welche die Entwicklung des UbiComp maßgeblich beeinflussen werden.
  • Innovative Benutzungsschnittstellen: Sie erlauben eine »natürliche« Interaktion (z.B. durch Spracheingabe oder körperliche Interaktion) und sind notwendig, um mit unsichtbaren, eingebetteten Informationssystemen interagieren zu können.
  • Automatische Kontexterfassung: Sie ermöglicht nicht nur die Registrierung äußerer Parameter (z.B. Standort), sondern zunehmend auch die Ermittlung emotionaler und physischer Zustände des Nutzers (z.B. die automatische Erkennung kritischer Situationen bei medizinischen Überwachungssystemen).

Mögliche Anwendungen

Den ersten großen Schritt zur Realisierung von Ubiquitären Computing stellt momentan die (vorwiegend industrielle) Nutzung der Radio-Frequenz-Identifikation (RFID) dar – ein inzwischen bekanntes Beispiel für Lokalisierungstechniken, mit der sich Identitätsparameter aus der Distanz feststellen lassen. Vorreiter in der Anwendung von RFID sind momentan das Management der industriellen Liefer- oder Wertschöpfungskette sowie die Personenidentifikation und -authentisierung (z.B. im Reisepass oder bei Tickets). Zukünftige Anwendungen liegen wahrscheinlich auch im Bereich des Handels, des Gesundheitswesens und im Bereich Mobilität/Verkehr.

Logistikanwendungen zeigen, was Ubiquitäres Computing schon heute leisten kann: Bei der Lagerverwaltung und beim Lieferkettenmanagement können aufgrund des großen Warenvolumens bereits kleinste Optimierungen erhebliche Einsparungen mit sich bringen. So setzen Firmen wie Gillette bereits RFID-Etiketten ein, die auf Paletten, Kartons und schließlich einzelnen Produktverpackungen angebracht werden, um eine lückenlose Verfolgung der Warenströme über die gesamte Lieferkette hinweg sicherzustellen. Mittels passender Lesegeräte an Hochregallagern und Laderampen können Zustand und Ort von Gütern weitgehend ohne menschliche Intervention direkt in betriebliche Informationssysteme übernommen werden. Für manche Güter lohnt es sich sogar, die oben erwähnten kommunikationsfähigen Miniatursensoren einzusetzen, um in kürzester Zeit über transportbedingte Schäden (z.B. durch eine Unterbrechung der Kühlkette) informiert zu werden und so in der Lage zu sein, rechtzeitig Ersatz zu verschicken, vielleicht sogar noch bevor die unbrauchbar gewordene Ware am Bestimmungsort eingetroffen ist.

Ein Beispiel für künftige Einsatzmöglichkeiten des Ubiquitären Computings ist die sich momentan schnell entwickelnde »Informatisierung« des Autos. Prototypen für Fahrerüberwachungssysteme erfassen z.B. Fahrbahnmarkierungen, um auf ein ungewolltes Verlassen der Spur (wegen Ermüdung) aufmerksam zu machen oder sogar automatisch zu bremsen. Autozulieferer arbeiten auch an Systemen, die etwa bei schlechter Sicht unterstützende Informationen direkt in die Frontscheibe einblenden. Mehr Sicherheit sollen auch adaptive aktive Fahrerassistenzsysteme bringen, die laufend und mit verschiedensten Sensoren das nähere und weitere Umfeld eines Fahrzeugs überwachen und mehr oder weniger direkt in die Fahraktionen eingreifen.

In Zukunft wird das Ubiquitäre Computing eine Vielzahl neuer Funktionalitäten ermöglichen:

  • Autonome Kooperation intelligenter Gegenstände: Beispielsweise kann der Zutritt zu gefährlichen Arbeitsbereichen beschränkt werden auf Personen, die eine bestimmte, elektronisch erfassbare Ausrüstung und Berechtigung mitführen.
  • Kommunikation durch Berührung: Der Zugriff auf Services kann durch Berühren mit einem intelligenten Endgerät erfolgen, z.B. um Produktinformationen abzurufen oder den Besitzer eines Objekts zu identifizieren.
  • Intelligente Umgebungen erlauben das Einbringen kommunikationsfähiger Sensoren in die physische Welt. Dadurch wird es möglich, Umweltzustände zu überwachen oder Informationen in die Umwelt einzubetten.
  • Leichtere Lokalisierung von Gegenständen und Personen: Nicht nur Postsendungen und Container, sondern auch Mietautos und umweltgefährdende Stoffe, Personengruppen oder Einzelindividuen können jederzeit lokalisiert werden.
  • Vielzahl neuer hybrider Produkte und Dienstleistungen denkbar: Bislang nicht nachvollziehbare Vorgänge werden mess- und steuerbar. Beispielsweise können Nutzungsdauer und -intensität von Gegenständen personenabhängig ermittelt werden und Grundlage für dynamische Mietpreismodelle oder Versicherungspolicen werden. Die Nutzung von Gegenständen (von Kreditkarten bis Waffen) kann mit neuen technischen Möglichkeiten beschränkt werden, sodass sie nur in den Händen von autorisierten Personen funktionieren. Bei Maschinen oder auch kranken Personen können Probleme erkannt werden, bevor sie sichtbar werden.

Mittel- und langfristig dürften diverse Techniken des Ubiquitären Computings eine große wirtschaftliche Bedeutung erlangen und zu substanziellen Veränderungen in Geschäfts- und Arbeitsprozessen führen. Denn wenn industrielle Produkte durch eine fernabfragbare elektronische Identität sowie Sensoren zur Wahrnehmung ihres Umfelds erhalten oder gar durch eine integrierte Informationsverarbeitung »intelligent« werden können, entstehen daraus nicht nur innovative Produkte, sondern auch zusätzliche Services und neue Geschäftsmodelle.

Risiken

Neben den vielfältigen Chancen des Ubiquitären Computings zeichnen sich aber auch problematische Effekte ab. In einer informatisierten Welt werden ungleich mehr Daten gesammelt als heute, mit entsprechenden Konsequenzen in Bezug auf den Datenschutz. Dabei ist die Situation alles andere als einfach: Beispielsweise lassen sich mithilfe der gesammelten Daten umfangreiche Kunden- und Verhaltensprofile erstellen, auf deren Basis individualisierte und durchaus nützliche Dienstleistungen angeboten werden können. Andererseits ermöglichen sie auch dynamische und individuelle Preise, die man wahlweise als ökonomisch rational oder als diskriminierend und unmoralisch betrachten kann. Ob der Bürger dies als Nebenwirkung oder Risiko wahrnimmt, bleibt offen, eine schleichende Gewöhnung ist ebenfalls möglich.

Das Ubiquitäre Computing wirft nachdrücklich die Frage auf, was hierbei unter personenbezogenen Daten zu subsumieren ist und wie damit umgegangen werden soll. Intelligente Gegenstände und Umgebungen sind ja von ihrer Grundidee her allgegenwärtig und sollen Daten sammeln, um dem Nutzer jederzeit ihre Dienste anbieten zu können. Da dies typischerweise im Hintergrund geschieht, wird dieser nie genau wissen, ob er lokalisiert wird oder seine Handlungen erfasst werden. Insbesondere bei personenbezogenen Anwendungen, die – meist mit besten Intentionen – darauf abzielen, geistig verwirrte Patienten, entführte Kinder oder entlassene Strafgefangene zu lokalisieren, gilt es, die Trennlinie zwischen Sicherheitsbedürfnis und Freiheitsrechten immer wieder neu festzulegen.

Schließlich können Netzwerke allgegenwärtiger, unsichtbar und unaufdringlich agierender Computer Einschränkungen der individuellen Handlungsautonomie bis hin zu Kontrollverlusten zur Folge haben, weil immer mehr Prozesse autonom ablaufen, die von den Nutzern nicht mehr im Detail nachvollziehbar sind. Besonders problematisch ist dies, wenn technische Systeme den Menschen in seiner Entscheidungsfreiheit und Kreativität einschränken.

Beaobachtungs- und Handlungsoptionen

Welche Beobachtungs- und Handlungsoptionen ergeben sich vor diesem Hintergrund für Wissenschaft, Wirtschaft und Politik?

Obwohl die RFID-Technologie schon ein hohes Maß an technischer Reife erreicht hat, bedürfen andere technische Aspekte des Ubiquitären Computings noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Dies sind vor allem:

  • Methoden und Techniken für die Schaffung von sicheren Systemen mit vorhersagbarem Verhalten und guter Diagnostizierbarkeit von Fehlern,
  • Verfahren für eine verlässlichere Kontexterkennung bei gleichzeitig guter Konfigurierbarkeit durch den Nutzer,
  • innovative Konzepte zur Bedienung von »unsichtbaren« Computern ohne traditionelle Ein- und Ausgabemedien.

Das Ubiquitäre Computing besitzt ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial. Effizienz und damit Wettbewerbsfähigkeit können gesteigert werden. Eine Vielzahl von neuen Dienstleistungen ist denkbar. Damit diese Potenziale tatsächlich realisiert werden können, muss eine Reihe von Voraussetzungen geschaffen werden:

  • internationale Frequenzharmonisierung und Standardisierung,
  • frühzeitiger Zugang zu UbiComp-Technologien für mittelständische Unternehmen,
  • Ausgleich der Daten- und Verbraucherschutzinteressen von Anwendern und Bürgern bzw. Kunden mit den wirtschaftlichen Interessen der Systembetreiber durch Initiierung und Moderation eines Diskurses unter Beteiligung aller Betroffenen
  • Modifizierung der Entsorgungs- und Wiederverwertungsprozesse sowie Entwicklung umweltverträglicherer Lösungen bei einem Masseneinsatz von RFID.

Jenseits der wirtschaftlichen Auswirkungen gibt es eine ganze Reihe von möglichen Auswirkungen des Ubi-Comps, die im Rahmen eines wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Dialogs abgewogen werden müssen.

Die wohl augenfälligste Wirkung des Ubiquitären Computings ist die auf die Privatsphäre bzw. informationelle Selbstbestimmung. Beide erfahren im Lichte der Allgegenwärtigkeit von Daten und Datenverarbeitung eine Neudefinition. Deshalb bieten sich folgende Aktivitäten an:

  • Anpassung des Datenschutzrechts an die Möglichkeiten des Ubiquitären Computings zur Überwachung und zur Gewinnung personenbezogener Daten selbst aus bisher als unkritisch eingestuften Datenbeständen,
  • Schaffung eines Arbeitnehmerdatenschutzgesetzes,
  • gesellschaftlicher Diskurs über die Entstehung und Nutzung von Datenspuren im Ubiquitären Computing,
  • systematische Beobachtung und Bewertung von neuen Anwendungen und deren Wirkung auf die informationelle Selbstbestimmung des Einzelnen.

Insgesamt ist die gesellschaftliche Verträglichkeit des Ubiquitären Computings am besten anhand konkreter Beispiele zu diskutieren. Zugangsfragen und Teilhabechancen sind dabei ebenso wichtig wie Fragen zu Systemabhängigkeit und Entziehbarkeit, Kontrollverlust, Überwachung oder verhaltensnormierende Wirkungen. Zwei konkrete Ansatzmöglichkeiten hierzu sind die frühzeitige Berücksichtigung von Nutzerinteressen im Entwicklungsprozess durch ethnografische Studien und »living labs« sowie die Schaffung echter Wahlmöglichkeiten durch eine Kennzeichnung von UbiComp-Systemen und ein Opt-in-Modell, bei dem die Nutzung bestimmter Funktionen explizit bestätigt werden muss.

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