L'IA soutient un projet de recherche sur l'éclairage intelligent

Le projet de recherche allemand OpenLicht a développé avec succès un système d'éclairage intelligent basé sur un logiciel open source et des bibliothèques d'apprentissage automatique, ainsi qu'un matériel peu coûteux, qui peut ajuster automatiquement l'éclairage dans une pièce en fonction de ce que fait l'utilisateur.

Les solutions d'éclairage intelligent d'aujourd'hui sont basées sur des ampoules intelligentes telles que Philips Hue et Osram Lightify. Bien qu'ils offrent des fonctionnalités intelligentes, ils nécessitent généralement un contrôle manuel par l'utilisateur via une application pour smartphone. Certains peuvent être programmés (par exemple, pour s'allumer et s'éteindre à certains moments), mais les règles doivent toujours être configurées manuellement, de sorte que la relation de base entre l'utilisateur et le système d'éclairage ne soit pas modifiée en le rendant plus intelligent.

Les systèmes d'éclairage intelligent d'aujourd'hui doivent toujours être configurés manuellement par l'utilisateur. Le projet OpenLicht
a développé un prototype pour un système d'éclairage plus intelligent (Image :Infineon Technologies/OpenLicht)

Le projet OpenLicht, lancé en septembre 2016, visait à changer cela en ajoutant des techniques d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique à l'éclairage intelligent. « Le projet avait deux objectifs principaux :d'une part, faire progresser la recherche et la collaboration sur les systèmes d'éclairage intelligents basés sur l'IA, et d'autre part, rendre la technologie de pointe accessible à tous, y compris les startups et le fabricant. communauté », a déclaré le coordinateur du projet Juan Mena-Carrillo, responsable R&D pour l'éclairage intelligent chez Infineon Technologies.

Le projet récemment conclu a été financé par le ministère allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) avec les membres de l'équipe Infineon, Bernitz Electronics, Deggendorf Institute of Technology et l'Université technique de Dresde. Infineon et TU Dresden ont développé l'application et les algorithmes d'apprentissage automatique. Deggendorf a développé l'interface graphique/l'application pour le projet, et Bernitz était en charge de la passerelle et des communications entre les capteurs et les actionneurs du système.

Prototype intelligent

Le principal livrable du projet était un prototype de système d'éclairage intelligent basé sur l'IA, comprenant un système logiciel adaptatif avec une interface graphique (application) et une passerelle matérielle centrale basée sur Raspberry Pi qui gère le traitement des données et toutes les tâches de contrôle. Le système prototype ajuste automatiquement l'éclairage d'une pièce en fonction de la position et de l'activité de l'utilisateur ; il peut s'agir de paramètres différents pour regarder la télévision et lire, par exemple. Le système apprend les préférences de l'utilisateur et répond en conséquence. Dans une certaine mesure, il peut également répondre à des situations qu'il n'a pas encore rencontrées et apprises.

La passerelle matérielle open source est basée sur un Raspberry Pi avec une carte d'extension. Il existe également une version miniaturisée, basée sur une architecture à microcontrôleur, mais elle nécessite une connexion à une passerelle OpenLicht (Image :Infineon Technologies/OpenLicht)

Le composant central du prototype est son middleware open source pour la maison intelligente, basé sur openHAB, une plate-forme logicielle de domotique open source indépendante des fournisseurs et de la technologie. Les chercheurs du projet ont développé des liaisons openHAB pour les différents capteurs, y compris les capteurs de pression et radar, qui sont placés dans une pièce pour détecter l'occupation et le mouvement. Les capteurs transmettent leurs données aux liaisons correspondantes, qui connectent les capteurs du monde réel au système openHAB et fournissent les données à des « éléments » - des représentations virtuelles de capteurs et d'actionneurs. Lorsque des modifications se produisent dans les éléments, ces modifications sont envoyées au framework d'apprentissage automatique open source Encog.

Un réseau de neurones qui a été formé sur les données des capteurs traite les changements et intuitionne l'activité actuelle de l'utilisateur. Sa prédiction est combinée avec des données sur les conditions de lumière naturelle, et les informations sont transmises à un deuxième réseau de neurones, qui s'auto-apprend et s'adapte aux préférences des utilisateurs lors de l'utilisation. Sur la base des données qui lui sont transmises, le deuxième réseau neuronal détermine la configuration appropriée pour les lampes de la pièce. Cette configuration est ensuite transformée en commandes de lampe, qui sont envoyées via des éléments d'actionneur et des liaisons aux lampes du monde réel.

L'équipe a mis en place une salle de démonstration pour évaluer le système prototype et collecter les données des capteurs nécessaires à la formation du réseau de neurones (Image :Infineon Technologies/OpenLicht)

« Un utilisateur peut toujours adapter la couleur et l'intensité lumineuse des lampes via une interface utilisateur, un interrupteur, un gradateur ou une télécommande lorsqu'il n'est pas satisfait », a déclaré Mena-Carrillo. « Le système reconnaît le changement et mappe la nouvelle configuration à la lumière et à l'activité naturelles, qui sont reconnues et mesurées au moment de l'adaptation. Ce mappage est ensuite utilisé pour recycler le réseau de neurones en le combinant [le nouveau mappage] avec les anciennes données. Cependant, les nouvelles données ont un poids plus élevé que les anciennes données dans le processus de recyclage. »

Problème de confidentialité

Les principaux défis du projet comprenaient les problèmes liés de sécurité et de confidentialité. Un module de plate-forme de confiance (TPM) basé sur le matériel d'Infineon a été incorporé pour se prémunir contre les attaques de pirates en chiffrant et en protégeant l'intégrité du système. Les TPM sont des puces de sécurité basées sur une norme internationale pour les processeurs sécurisés qui sont utilisés pour stocker des données critiques telles que les mots de passe et les clés de chiffrement, ainsi que pour exécuter des algorithmes de chiffrement.

"Après avoir mené des entretiens avec de nombreux utilisateurs finaux, nous avons identifié que la question de la confidentialité est l'un des principaux obstacles à l'acceptation des systèmes de maison intelligente", a déclaré Mena-Carrillo. Il a donc été décidé que le système OpenLicht utiliserait l'IA à la périphérie; c'est-à-dire que les données des utilisateurs sont traitées dans le système de maison intelligente plutôt que dans le cloud. La technique préserve la confidentialité des utilisateurs car les données sensibles ne seront traitées que localement. Il permet également généralement des temps de réponse plus rapides et réduit ou élimine le besoin d'une connexion Internet.

Open source

L'un des principaux objectifs du projet OpenLicht était de rendre la technologie accessible à l'industrie et à la communauté au sens large. Tous les logiciels sont basés sur des technologies open source :les résultats sont implémentés sous forme d'extensions pour openHAB, et la bibliothèque d'apprentissage automatique open source Encog a été adaptée pour être utilisée dans le projet. L'utilisation de matériel peu coûteux était également une décision délibérée pour le rendre accessible. Le logiciel résultant du projet lui-même sera prochainement open source.

« Tout le monde peut utiliser les résultats de nos logiciels, et ce qui est bien, c'est que notre système peut être amélioré avec de nouvelles fonctionnalités et fonctions », a déclaré Mena-Carrillo. « Ces résultats permettent désormais aux utilisateurs d'ajouter ces nouvelles fonctions et fonctionnalités d'IA à leurs systèmes openHAB. »

Tous les logiciels OpenLicht seront disponibles sur GitHub "très bientôt", y compris le logiciel d'apprentissage automatique, la base de connaissances et les liaisons openHAB, a-t-il ajouté. Bien que le projet ait atteint ses deux objectifs clés, Mena-Carrillo a admis que l'équipe s'est également rendu compte qu'il y avait beaucoup plus de travail à faire avant qu'un tel système ne fonctionne de manière fiable dans toutes les circonstances. Compte tenu de la nature open source du projet, les développeurs d'OpenLicht espèrent qu'il évoluera une fois que l'industrie et la communauté des fabricants y auront accès.

>> Cet article a été initialement publié le notre site frère, EE Times Europe.