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Jörg Eberspächer
Technische Universität München
Alles digital vernetzt?
Wachstum und Grenzen des Internet
Visualisierung: Lucent Bell Labs 2000
Umhegt oder abhängig?
Der Mensch in der digitalen Umgebung
Prof. Dr.-Ing. Jörg EberspächerTU München
30. März 2017
Umhegt sein ist wunderbar…
Aber wie steht es um
• Autonomie?
• Entscheidungsfreiheit?
• Selbstbestimmung?
• Eigenaktivität?
Werden die Kinder der
digitalen Welt mal erwachsen
oder
nimmt ihre Abhängigkeit sogar zu?
Quelle: privat
Gliederung
• Was heißt „digitale Umgebung“?
• Treiber der digitalen Revolution
• Merkmale digitaler Produkte, Systeme, Dienste
und wie sie uns umhegen…
• Schöne neue Welt: die Digitalisierung aller wichtigen
Infrastruktursysteme– Informations- und Kommunikationssysteme
– Mobilität und Verkehr
– Gesundheit und Medizin
– Energieversorgung
– andere
• Fazit
Von analog zu digital
Analoges Signal
Digitales Signal
110010110100Digital = computergerechte
Darstellung (Bits)
Kontinuierliches Signal
wie beim analogen
Telefon
Diskrete Werte, zweistufig
(binär), „0“ und „1“wie beim Computer
Bits
Die „reale Welt“ ist analog
Digitalisierung
= Computerisierung und Informatisierung
• Digitale Repräsentation aller Arten von Signalen als „Daten“
• Sprache, Töne, Bilder, Videos, Grafik
• Sensorwerte (Temperatur, Druck, Herzschlag, Chemie, …)
• Kommunikation, Vernetzung (Internet, Mobilfunk...)
• Elektronik + Software
Digitalisierung
= Computerisierung und Informatisierung
• Digitale Repräsentation aller Arten von Signalen als „Daten“
• Sprache, Töne, Bilder, Videos, Grafik
• Sensorwerte (Temperatur, Druck, Herzschlag, Chemie, …)
• Kommunikationstechnik, Vernetzung (Internet, Mobilfunk...)
• Elektronik + Software
• Intelligente Funktionen „Künstliche Intelligenz“,
Daten als „Öl der Digitalisierung“ „Big Data“
• Neuartige Geschäftsmodelle• Datennutzung (z.B. für Werbung/Handel)
• Verknüpfung von Branchen (z.B. Verkehr mit Handel)
Die Visionäre
Karl Steinbuch 1966:„ Es wird in wenigen Jahrzehnten kaum
mehr Industrieprodukte geben, in welche
die Computer nicht hineingewoben sind.“
Karl Steinbuch
(1917-2005)
Marc Weiser 1996:"Ubiquitous Computing
Will be the third wave in
Computing … or the age
of calm technology,
when technology recedes
into the background
of our lives.“ Marc Weiser
(1952-1999)
Digitale Umgebung: Vision für 2015 (!)
aus dem Jahr 2007
Grafik:
Siemens
Die Digitalisierung durchdringt heute alle
Bereiche des Lebens – privat wie geschäftlich
Soziale
Netzwerke
Medizin
Bildung
Ausbildung
Handel
Werbung
Fernsehen
Unterhaltung
Spiele
@Kommunikation
Industrie
Information
Segmentierung der „Digitalen Gesellschaft“ 2016
31%
(ca. 21 Mio.)
43%
(ca. 30 Mio.)
26%
(ca. 18 Mio.)
hoch
39% 4
26%
Nutzung und Offenheit
Zu
ga
ng
un
d K
om
pe
ten
zh
och
nie
dri
g
niedrig
8 %17 %
Abseitsstehende
Skeptiker
Konservative
GelegenheitsnutzerVorsichtige
Pragmatiker
Reflektierte
Profis
Progressive
Anwender
6
Technik
Enthusiasten
100
0
70
40
Digitale Vorreiter
Digital Mithaltende
Digital Abseitsstehende
Digitalisierungsgrad
von 0-100
Quelle:
Initiative D21, TNS-Infratest
Gliederung
• Was heißt digitale Umgebung?
• Treiber der digitalen Revolution
• Merkmale digitaler Produkte, Systeme, Dienste
und wie sie uns umhegen…
• Schöne neue Welt: die Digitalisierung aller wichtigen
Infrastruktursysteme– Informations- und Kommunikationssysteme
– Mobilität und Verkehr
– Gesundheit und Medizin
– Energieversorgung
– andere
• Fazit
Treiber der „Digitalen Revolution“
• Technologiefortschritte
Mikroelektronik, Vernetzung, Software
Mächtige Endgeräte (z.B. Smartphone)
Riesige Rechner- und Speicherkapazitäten
in der Datenwolke („Cloud“)
Intelligente Verfahren zur Datenanalyse
Kognitive Funktionen (Wahrnehmung)
• Neue Anwendungen der Technologien
Internet der Dinge; Verknüpfung der Realen mit der Virtuellen Welt
Automatisierung und Robotik (Industrie 4.0)
Neue Geschäftsmodelle (Werbung, eCommerce, Datennutzung
zum Geldverdienen)
Trend zur Wirtschaft des Teilens (Sharing Economy)
Intel Pentium Chip
Big Data, Algorithmen, Künstliche Intelligenz
Digitale Daten werden mit immer komplexeren mathematischen
Verfahren (Algorithmen) analysiert, verknüpft, ausgewertet und daraus
neue Informationen erzeugt.
Algorithmen sind mathematische Rechenregeln,
die als Programme im Computer laufen.
Einfaches Beispiel: Das „Navi“:
Kürzesten Weg von A nach B finden.
Heute im Fokus: Maschinelles Lernen und
Analyse extrem großer Datenmengen („Big Data“).
Beispiel: Text- und Bilderkennung unter schwierigen Bedingungen.
Kombination von schlauen Methoden Künstliche Intelligenz:
„Fähigkeit zum selbständigen und effizienten Lösen von Problemen“
Neuronales
Netz
Die eigentliche Informationsverarbeitung findet
zunehmend in der Datenwolke (Cloud) statt
Netz
Informations-
speicherung
und
-verarbeitung
Endgeräte
Cloudisierung: Verlagerung von Speicherung und Verarbeitung der Informationen
(Daten) in zentralisierte Rechnersysteme großer Anbieter
Permanenter Datenaustausch zwischen Endgerät und Cloud
Cloud Cloud
Digitale Zwillinge in der DatenwolkePhysische Objekte haben ein digitales Abbild in der virtuellen Welt
Netz
Endgeräte
Ungeahnte Möglichkeiten für neue Anwendungen (Analysieren, Verknüpfen…)
Die digitalen Abbilder sind beliebig weiter verarbeitbar.
Aber wem gehören diese Daten? Wie sichtbar sind sie? Für wen?
Cloud Cloud Dig.
AbbildInformations-
speicherung
und
-verarbeitung
Noch ein Treiber der „Digitalen Revolution“
• Technologiefortschritte
• Neue Anwendungen der TechnologienIntel Pentium Chip
• Internet-Hype, „Internetgläubigkeit“Quasi-religiöse Bewegungen aus Kalifornien zur „Weltverbesserung“
Gliederung
• Was heißt digitale Umgebung?
• Treiber der digitalen Revolution
• Merkmale digitaler Produkte, Systeme, Dienste
und wie sie uns umhegen…
• Schöne neue Welt: die Digitalisierung aller wichtigen
Infrastruktursysteme– Informations- und Kommunikationssysteme
– Mobilität und Verkehr
– Gesundheit und Medizin
– Energieversorgung
– andere
• Fazit
Die „digitale Transformations-Gleichung“
Digitalisiertes
Produkt
Analoges
Produkt /
Service
Digitale
Anreicherung
Rein Digitales
Produkt
oder Dienst
Digitale
Bausteine
(Software,
Rechner)
Digitalisiertes
Produkt
Digitaler Dienst
Sensor-
daten
Digitale
Bausteine
(Software,
Rechner)
Drei Ausprägungen digitaler Systeme:
Daten aus
Daten-
bank /
Cloud
Typ 1
Typ 2
Typ 3
Die „digitale Transformations-Gleichung“
Digitalisiertes
Produkt
Analoges
Produkt /
Service
Digitale
Bausteine
(Elektronik,
Software)
Beispiele: Dig. Schließsystem, Smarte Brille, intelligente Lautsprecher
Typ 1: Herkömmliches "analoges" Produkt, digital angereichert
Aus „Altbekanntem“ kann etwas „Digitales“ werden!
Chance und Risiko für unsere Industrie, vor allem den Mittelstand
Wenn man die „Digitale Wende“ schafft und die Kunden überzeugt!
Transponder
(Sender) Quelle: Snapchat
Beispiel Smart Home:
Intelligenter Lautsprecher Amazon Echo mit „Alexa“
Amazon Alexa bietet über 5000 verschiedene „Cloud-basierte Skills“, mit
denen das Zuhause gesteuert werden kann und ist lernfähig
Qualität der Spracherkennung beeindruckend
Verbunden mit dem Wissen der Welt! Abhängig vom „Großen Bruder“!Und die Privatsphäre?
System kann hören, verarbeiten, antworten, lernen…
Ist ständig verbunden mit dem Internet, d.h. dem Anbieter!
Alexa, was muss
ich heute denn
einkaufen?
Die „digitale Transformations-Gleichung“
Digitalisiertes
Produkt
Digitaler Dienst
Sensor-
daten
Digitale
Bausteine
(Software,
Rechner)
Typ 2: Sensordaten
aus der Umgebung
als Datenquellen
Oft verbunden mit der Cloud Erhebliche Nutzenvorteile!
Teilweise Abhängigkeit von Netz und zentraler Intelligenz
Autonomes
Fahrzeug
Fitness-
Armband
Navigations-
system
Stock.com/
RyanKing999
Smart Home
Bequem und flexibel (wenn man´s bedienen kann...); fernsteuerbar
Alles erzeugt Daten und kommuniziert!
Risiko für Sicherheit und Privatsphäre, falls am Internet hängend
Mensch-Roboter Kooperation
Industrie-Roboter nicht mehr eingezäunt
Sensorik und Software kontrollieren Bewegungen
Haptische Fähigkeiten (Tastsinn)
Roboter kann zunehmend Abläufe erlernen
Welche Rolle spielt der Mensch?
Die „digitale Transformations-Gleichung“
Rein Digitales
Produkt
oder Dienst
Digitale
Bausteine
(Software,
Rechner)
Beispiele: Suchmaschinen, WWW, Computerspiele, E-Book
Typ 3: Rein Digitales Produkt
Daten aus
Daten-
bank /
Cloud
Nutzung extrem großer Datenmengen, Wissen aus Datenbanken
Abhängig von Funktionen der Anbieter (in der Cloud)
Abhängig von Zugang zum Dienst und der Bedienbarkeit von Geräten
In fernerer Zukunft: Brain-Computer InterfaceWenn Mensch und digitale Welt noch mehr zusammenwachsen
Direkte Steuerung von Vorgängen
(hier: Flipperspiel) durch Detektion
und Analyse von Gehirnaktivitäten
• Detektion der hirnelektrischen
Signale (Elektroenzephalogramm EEG)
• An der Kopfhaut angebrachte
Elektroden messen drahtlos EEG-
Signale
• Analyse der Signale mittels
“Maschinellem Lernen”
(Künstliche Intelligenz KI)
Quelle:
Berlin Brain Computer Interface
BBCI http://www.bbci.de/press
Gliederung
• Was heißt digitale Umgebung?
• Treiber der digitalen Revolution
• Merkmale digitaler Produkte, Systeme, Dienste
und wie sie uns umhegen…
• Schöne neue Welt: die Digitalisierung aller wichtigen
Infrastruktursysteme– Informations- und Kommunikationssysteme
– Mobilität und Verkehr
– Gesundheitssystem und Medizin
– Energieversorgung
– Industrie/Fabriken
– Bildungssystem
– Finanzsystem
– Handel
• Fazit
Hier nicht behandelt
Informationssysteme
Typische Beispiele: Wikipedia, Suchmaschinen...
• Wissen der Welt für (fast) alle verfügbar
• Wer braucht noch ein Lexikon?
• Jeder kann zum Informationserzeuger (Autor) werden
• (Trotzdem) Gefahr der Meinungsmonopolisierung
• Wieviel Vertrauen in das Wissen Dritter?
• Qualitätskontrolle?
Informationssysteme
Typische Beispiele: Wikipedia, Suchmaschinen…
• Wissen der Welt für (fast) alle verfügbar
• Wer braucht noch ein Lexikon?
• Jeder kann zum Informationserzeuger (Autor) werden
• (Trotzdem) Gefahr der Meinungsmonopolisierung
• Wieviel Vertrauen in das Wissen Dritter?
• Qualitätskontrolle?
• Wer bestimmt, was ich beim Suchen finde?
Wikipedia &Co ist kein Ersatz für „Selber Denken“!
Kommunikationssysteme:
Vom Telefon zu Sozialen Netzwerken
• Kommunikation ist schon lange digital: „ISDN“, Internet, Mobilfunk…
• Smartphone als Standard-Gerät
• Soziale Netzwerke (Facebook, Twitter & Co.) verbinden Milliarden Nutzer
• Verknüpfung der Kommunikation mit anderen Anwendungen
– eCommerce
– Informationsdienste
– Spiele
Abhängigkeiten:
Alle Augen schauen auf „Es“…
„Ohne mein Smartphone
kann ich nicht leben“
Zwischenmenschliche Kommunikation wird vernachlässigt!
Quelle: WWW
Von Mensch zu Maschine zu Mensch - wie die Digitalisierung körperliche Berührungen vermeiden hilft...
Smartphone Kissenger
ermöglicht
„realistisches Fernküssen“
Zitat: "Each person on a video call presses their lips to a rubbery
pad and feels the pressure of the other person's lips in return.“
Quelle:
IEEE Spectrum
HumanOS Alert
Technik beeinflusst immer stärker die zwischenmenschliche
Kommunikation – das gab es aber, seit das Telefon erfunden wurde…
Verkehrs- und Transportsysteme
• Navigationssysteme
• Unterstützung multimodaler „nahtloser“ Mobilität
• Logistik: Paketlieferroboter und -drohnen
• Fahrerassistenzsysteme und selbstfahrende Autos
• Adaptive Routenführung
• Zusatzinformationen
• Realtime-Warnungen
• Telefonie
• …
Navigationssysteme
Bessere Leistung, wenn
dauernd mit „Cloud“ verbunden
möglichst viele Live-Daten aus Fahrzeug und Umwelt verfügbar
Nutzung von Wissen über den (individuellen) Reisenden
Quelle:Tomtom
Reiseplanung mit dem digitalen Helfer
• „Multimodale“ Verknüpfung der Verkehrsmittel
über App
Bahn, PKW, Car Sharing, Taxi, Flug, zu Fuß usw.
• Echtzeitfähig
• Personalisierung
• Ticket buchen möglich
• Mit Umgebungskarten
• Evtl. mit Einkaufsmöglichkeiten
• Kostenlos
Quelle: Qixxit
Bequem! Klassische Fahrpläne und Karten
entfallen, völlig neue Möglichkeiten
Persönliche Daten als Zahlungsmittel für Dienste;
Wer steuert den Nutzer?
Logistik der Zukunft: Autonome Liefer-Roboter
Selbstfahrend! Position dauernd überwacht. Warnton bei Diebstahl.
Noch sehr langsam, wird aber nie müde…
Postbote ade? Wer haftet bei Unfällen usw.?
Quelle: Hermes
Intelligente Fahrzeuge
Fahrerassistenz; selbstfahrende Autos/Taxis; Geringere Unfallzahlen;
Effizientere Verkehrssteuerung
Wo liegt die Verantwortung?
Gesundheitswesen
• Digitale Patientendaten
• E-Health
• Telemedizin
• Big Data Diagnostik
• DNA-basierte Gen-Analyse
Digitalisierte Nutzerdaten und der
Einsatz digitaler Technologien in der Medizintechnik
verbessern die individuelle Gesundheitsversorgung
• Datensammlung per "Wearable Device"
und mit Implantaten
• Gesundheitskarte, Organspendeausweis
• Telemedizin und häuslicher Pflegedienst
• Verknüpfung mit weltweitem
Erfahrungswissen (Big Data)
• OP-Roboter für
minimal-invasive Eingriffe
apops -
Fotolia.
com
DLR
Stock.com/
RyanKing999
Unrestricted © Siemens AG 2014
12.Nov. 2014Page 38 Bernhard Calmer / Business Development Healthcare IT
Erweiterung des klinischen Nutzens von
medizinischen Bildern
Zusätzliche diagnostische
Informationen
Non-Invasiv, bildbasierte funktionale
Messungen
Behandlungsentscheidung und
-planung
Verbesserte Patientenauswahl, optimierte
Behandlungen
Medizinischer Nutzen
Digitale ModelleMedizinische Bilder & Analyse
39
Realitäten
Die Vision 1966
Quelle: DER SPIEGEL 11/1966
Die Realität 2017+:
Big Data Medizin mit kognitiven Systemen
Kognitives System = Große Computer + extrem viele Patientendaten +
„Wissen der medizinischen Welt“ + intelligente lernende Algorithmen
Zugriff auf weltweites Erfahrungswissen in Praxis und Wissenschaft
Wem vertrauen wir mehr: Dem „allwissenden“ Doktor Watson oder dem
„persönlichen“ Hausarzt? Wir brauchen beide!
IBM Watson System
Die Zukunft: Anwendungen in der Genetik
Die Zukunft: Anwendungen in der Genetik
Enorme Vorteile z.B. durch „individualisierte Medizin“ zu erwarten
Ungelöste ethische Fragen
Transformation der traditionellen
Krankenversicherung hin zu „Pay as you live“
„Pay as you live“
Krankenver-
sicherung
Traditionelle
Kranken-
versicherung
Digitalisierung
Sensoren, Data
Analytics,
…
Sinkende Kosten, Aufbau der Kundenbeziehung (Versicherung)
Geringere Prämie, Anreiz zu gesundem Lebensstil (Kunde)
Kompletter Wandel des Versicherungswesens im Gange
Abkehr vom Solidarprinzip?
Umhegt und abhängig von Infrastrukturen
Digitale Intelligente Netze bilden das Rückgrat der
„Kritischen Infrastrukturen“
• Telekommunikationsnetze (Telefon, Daten)
• Rundfunk- und Fernsehverteilung
• Netze zur Steuerung der Energiesysteme (Smart Grid)
• Transport/Verkehr/Logistik (Auto, Bahn, Flugzeug, Schiff)
• Industrielle Entwicklung und Fertigung („Industrie 4.0“)
• Informationsnetze im Gesundheitswesen (eHealth…)
• Netze für Bildung/Ausbildung (eLearning)
Ressourcen-Optimierung durch gemeinsame Infrastrukturen
Verlagerung von Daten und Diensten in die ”Cloud”
Nutzung von Synergien durch Verknüpfung von Anwendungen
Infrastrukturen werden voneinander abhängig
Nutzer abhängig vom Zugang zu digitalen Infrastrukturen
Verwundbarkeit der Infrastrukturen, z.B. durch Hacker-Angriffe
Netz-Infrastrukturen +
Daten und Dienste in der „Cloud“
Sm
art
Gri
d S
teu
eru
ng
Ra
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Te
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mu
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Ge
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he
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sys
tem
e
An
de
re I
nfr
as
tru
ktu
ren
Cloud
Internet
Kommunikations-Infrastruktur
Digitale
„Intelligente
Netze“
Gliederung
• Was heißt digitale Umgebung?
• Treiber der digitalen Revolution
• Merkmale digitaler Produkte, Systeme, Dienste
und wie sie uns umhegen…
• Schöne neue Welt: die Digitalisierung aller wichtigen
Infrastruktursysteme– Informations- und Kommunikationssysteme
– Mobilität und Verkehr
– Gesundheit und Medizin
– Energieversorgung
– andere
• Fazit
Wir werden wunderbar umhegt,
sind aber auch enorm abhängig von...
• Technologien und Infrastrukturen
– Leistungsfähigkeit, Ausfallsicherheit
– kostengünstig verfügbar und leicht bedienbar (keine „Digitale Spaltung")
• Anbietern von Diensten und Inhalten
– Wissen der Anbieter
– Fairness und Ehrlichkeit
– Monopolisierungsgefahren
– Gefahr der Fremdsteuerung durch den „Kommerz“
• Gewährleistung von Sicherheit und Privatsphäre
– Sichtbarkeit und Verknüpfung personenbezogener Daten
– Transparenz versus Geheimhaltung
• angepasstem und angewendetem Rechtsrahmen
– Regulierung
– Verfolgung von Missbrauch
– Weltweite Datenschutzregelungen
• Gute Aus- und Weiterbildung
Was ist zu tun, damit wir einerseits die Vorteile der
Digitalisierung genießen können und andererseits
unsere persönliche Freiheit nicht verlieren?
Was ist zu tun, damit wir einerseits die Vorteile der
Digitalisierung genießen können und andererseits
unsere persönliche Freiheit nicht verlieren?
Wir müssen die Balance finden zwischen
• Bequemlichkeit und Eigenaktivität („Selbstentfaltung“)
• Transparenz und Geheimhaltung
• persönlichem Nutzen und kommerziellen Interessen der Anbieter
• Glauben an die totale Machbarkeit und Fortschrittsfeindlichkeit
Der Fortschritt läßt sich zwar nicht aufhalten!
Wir können ihn aber aktiv gestalten!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!