Open Source IoT

=> Slides http://www.tamberg.org/chopen/2014/OpenSourceIoT.pdf

(@tamberg, Open Business Lunch Zürich, 06.02.2014, http://www.ch-open.ch/events/lunchzh/obl-06022014/)

1) These: DIY und Maker Bewegung treibt IoT Innovation an. Open Source ist dabei ein Enabler auf verschiedenen Ebenen. Online und offline Communities und Crowd-funding beschleunigen diese Entwicklung. Internet-verbundene Consumer Produkte sind aber immer noch aufwendig und teuer umzusetzen, und wahrscheinlich deshalb oft nicht durchgängig Open Source.

*Open Source* HW (Raspi, Arduino, SparkCore), Firmware/OS (Linux, Android, Contiki, NETMF, Arduino), Embedded SW (Lighttpd, NodeJS, NodeRed), SW Tools (Arduino IDE, Eclipse, Cloud 9, cURL, Wireshark), HW Tools (Ultimaker, Lasersaur, Logic Analyzer wie Bus Pirate), Cloud SaaS, PaaS (ThingSpeak, Nimbits, PageKite, Yaler, TheThingSystem, OpenHab), Clous IaaS (OpenStack), Cloud HW (Opencompute.org), Material (OpenBeam, MakerBeam), Kits/Products (Botanicalls, OpenSprinkler, OpenRov, Bartendro, BrewBit, SafeCast Geigi, ...), Maker Business (Adafruit, SparkFun, 3D Robotics / DIY Drones: $5+ Mio Funding, MakerBot / Thingiverse: $400+ Mio Exit)

*Open* Protocols (TCP/IP, HTTP, MQTT), Formats (XML, JSON), API/Data

2) Ja danke für die Einführung und Hallo. Das Internet der Dinge entsteht, wenn Internet-verbundene Computer mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattet werden. Statt virtuelle Ressourcen, wie bisher im Web, werden damit physikalische Eigenschaften gemessen und manipuliert. Das Internet dringt also in die physische Welt ein.

3) Moore's Law macht Computer nicht nur leistungsfähiger und günstiger, sondern auch kleiner. Hier drei Schweizer Modelle. ERMETH und Ceres stehen leider auch für verpasste Chancen, zumindest in Bezug auf die Vermarktung. Unten rechts ein ARM-basierter Mikrocontroller (STM32, Cortex M) mit Ethernet. Open Source Hardware aus der Schweiz. Solche kleinen Computer können in Dinge eingebettet werden. Mountaineer ist übrigens eine Kollaboration zwischen Oberon microsystems in Zürich, wo ich auch noch arbeite, und CSA Engineering in Solothurn.

4) Ein Anwendungs-Beispiel aus der Industrie: 2G Drives stellt Blockheizkraftwerke her, die Erdgas in Strom umwandeln. Die Internet-Verbindung ermöglicht Ferndiagnose und Optimierung nach der Auslieferung, und vermindert so Reise- und Wartungsaufwand. Die Hardware basiert auf dem Mountaineer Board. Diese Projekt-spezifische Weiterentwicklung ist proprietär. Open Source Hardware (und Firmware) war hier in erster Linie ein Marketing-Instrument. Solche M2M Anwendungen gibt's schon länger. Neu ist, dass durchgängig dieselben Tools verwendet werden können, vom Sensor bis zur Cloud. In diesem Fall läuft auf dem embedded Device das .NET Micro Framework, eine minimale, open source Variante von Microsoft .NET

5) Wenn ein Alltagsgegenstand wie meine Personenwaage am Internet ist, wird aus einer Zahl, einer einzelne Messung, eine Kurve, ohne Mehraufwand. Apps zeigen diesen "Datenschatten" eines Objekts. Trends werden sichtbar. Vergleiche über die Zeit werden möglich. Withings ist ein proprietäres System, bietet aber per Web API Zugriff auf die Daten. Nike+ erlaubt das nicht allen Entwicklern, unterstützt dafür ausgesuchte Partner in einem Accelerator Programm, Nike Fuel Lab. Andere Produkte, z.B. Philips Hue haben ein API inklusive open source Libraries für App Entwicklung. Offenheit scheint also etwas graduelles zu sein. (http://www.withings.com/en/api, https://developer.nike.com/, http://www.nikefuellab.com/, http://developers.meethue.com/)

6) Infrastruktur wird effizienter nutzbar. Internet-verbundene Müllcontainer melden ihren Füllstand und helfen so, Leerfahrten zu vermeiden. In München kann ich ein geliehenes Rad zur Rückgabe einfach stehen lassen. Es sagt dem nächsten Benutzer dann, wo es gerade ist. (Bei solchen Smart City Anwendungen wäre ein öffentlicher Dialog wichtig, um offene Schnittstellen und Standards zu fordern, bevor die Systeme eingebaut und die Weichen gestellt sind.)

7) Offene Schnittstellen ermöglichen die Kombination von Internet-verbundenen Gadgets mit bestehenden Diensten. Hier löst ein Fitness Armband bei Nichtgebrauch eine Email an den Besitzer aus. Die Plattform für solche Mash-ups heisst "If This Then That".

8) Wie funktionieren solche Produkte? Ein Gerät oder Objekt mit Sensoren und Aktuatoren erlaubt eine direkte, physische Interaktion. Wenn es zudem per Internet mit einem Server verbunden ist, kann ich auch virtuell damit interagieren, mittels Browser oder App - lokal, oder aus der Ferne.

9) Das Paradebeispiel für Internet of Things Hardware ist der Raspberry Pi (ein 50-fränkiger Linux Computer mit Anschlüssen für Sensoren und Aktuatoren). Seit 2012 wurden mehr als 2 Mio davon verkauft. D.h. es gibt eine grosse Community und damit Tutorials und Lösungen für jedes erdenkliche Problem. Hier, ist der Raspi eingebaut in OpenSprinkler, eine Internet-verbundene Gartenbewässerungs-Elektronik. (http://www.raspberrypi.org/archives/5265)

10) Ein Vorteil von Open Source Hardware ist, dass man nicht bei Null beginnen muss. Hier verschiedene Bauformen, die alle mit derselben, einfachen (open source) Arduino Entwicklungsumgebung programmiert werden können. Unten links ein Arduino-basiertes Do it Yourself Mobiltelefon.

11) Bei Sensoren und Aktuatoren ist open source noch weniger ein Thema. Diese Bauteile für Bastler, wandeln z.B. Temperatur, Biegung, Distanz oder Beschleunigung in ein elektrisches Signal um, andere erzeugen Bewegung, Licht oder Strom. Vor allem für komplexere Teile ist es wichtig, dass Datenblätter, Treiber-Software und Anwendungsbeispiele verfügbar sind. Online-Vertriebe wie Adafruit und SparkFun stecken viel Arbeit in open source Treiber und frei zugängliche Dokumentation. (http://learn.adafruit.com/, https://learn.sparkfun.com/)

12) Die DIY und Maker Bewegung findet nicht nur im Web statt. Lokale Treffen und Zugang zu Räumen und Werkzeugen sind eben so wichtig. Bei Tools wie Logic Analyzer, 3D Printer, Lasercutter und CNC Fräsen ist Open Source ein wichtiger Treiber. Hackerspaces wie hier das MechArtLab, Fab Labs und informelle Meetups, ermöglichen den Austausch. Ideen werden gemeinsam umgesetzt. Physische Designs, Schaltungen und Code werden unter offenen Lizenzen publiziert, dadurch steigt die Motivation etwas zu einem Projekt beizutragen.

13) Ein Beispiel aus Japan: Während dem Reaktorunglück in Fukushima, haben Mitglieder des Tokio Hackerspace begonnen Geigerzähler mit dem Internet zu verbinden. So entstand eine Karte mit laufen aktualisierten Messwerten, trotz Informationssperre der Regierung. Aus dem Projekt wurde Safecast.org, eine Non-profit, pro-data Organisation, die inzwischen auch Open Source Geigerzähler Bausätze verkauft. (http://blog.safecast.org/faq/, http://blog.safecast.org/bgeigie-nano/, http://creativecommons.org/choose/zero/)

14) Es gibt natürlich auch weniger seriöse Anwendungen. Hier ein Projekt von mir und Marc Pous, bei dem wir versuchten, Bier mit dem Internet zu verbinden. Marc ist aus Barcelona, ich kenne ihn dank Twitter. Mein Prototyp entstand im FabLab Zürich. Getestet wird jeweils am Oktoberfest in München. Das Glas sendet Daten mittels Bluetooth Low Energy, via Handy ins Internet. Der BLE Arduino-shield von Dr. M. Kroll ist Open Source Hardware und wohl eines der ersten Kickstarter Projekt aus Zürich. Produziert wurde bei Seeed Studio in Shenzen. Made with China.

15) Wenn der Prototyp eines Produkts in den einschlägigen Maker Blogs gut ankommt, kann eine erste Serie mittels Crowdfunding vorfinanziert werden. Hier ein Open Source Cocktail Roboter der Firma Party Robotics. (Vom selben Team kommt auch ein Wasserspender-Hack der Wasser zu Wein verwandelt, http://makezine.com/projects/make-34/water-to-wine-cooler/)

16) Mit Crowdfunding können auch Projekte realisiert werden, die bei traditionellen Investoren keine Chance hätten. Z.B. RoboRoach, ein Bluetooth Rucksack um Kakerlaken mit dem Handy fernzusteuern.

17) Manchmal sind Kickstarter Kampagnen so erfolgreich, dass die Produktion zum Problem wird. Hier ein mini Quadcopter basierend auf Arduino, mit BLE oder WiFi Connectivity und personalisiertem 3D gedrucktem Frame. Ziel: 10k, Erhalten: 1/2 Mio USD. D.h. 4 1/2 Tausend 3D gedruckte Frames. (http://hexairbot.com/)

18) Bei Consumer Produkten ist es mit einem DIY-Kit oder Kickstarter Projekt meistens noch nicht getan. Botanicalls, lässt Pflanzen per Twitter nach Wasser rufen. Ein IoT Klassiker. Es wurde sogar ins MoMA aufgenommen, das Museum of Modern Art in NY. Im Gegensatz zu Koubachis WiFi Pflanzensensor, der im Apple Store angeboten wird, ist es aber definitiv kein Consumer Produkt. Inzwischen gibt es eine ganze Industrie von Hardware Accelerators und Inkubatoren, die sich um die Produkt-ifizierung von solchen Projekten kümmern. Haxlr8r in SF und Shenzen, Highway1.io, Lemnos Labs. (http://go.bloomberg.com/tech-deals/2012-06-19-new-incubators-focus-on-hardware/)

19) Matt Webb von der Firma BERG aus London, sieht sein Consumer-Produkt nur als Testballon. Little Printer ist ein freundlicher Quittungsdrucker, der personalisierte News und Comics aus dem Internet ausdruckt. BERG Cloud, die Infrastruktur dahinter, wird auch als Service angeboten, inklusive open source Hardware Development Kit. Der Wert steckt offenbar nicht in der Elektronik, sondern in der Infrastruktur. (http://www.youtube.com/watch?v=V_Nd4MeSLDU)

20) Da setzt auch unser Startup Yaler an. Weil Connectivity in der Praxis ein Problem ist, haben wir eine Relay Infrastruktur entwickelt, eine Art skalierbaren Reverse Proxy. Yaler erlaubt den sicheren Fernzugriff auf embedded Systems, ohne Port Forwarding, mit einem einfachen, open source Command Line Tool. Hier eine Installation von Zaak Zürich. Zaak ist das Fablab und Kreativbüro von Messerli Group, einem grossen Messebauer. Daneben eine Sensor-Netzwerk-Basistation für Umwelt-Monitoring im australischen Outback. Entwickelt von Decentlab in Dübendorf, konfiguriert via Yaler.

21) Sie haben vielleicht gelesen, dass Google die Firma Nest gekauft hat. Ihr Produkt, ein Internet-verbundener Thermostat, besticht durch perfektes Design und einfachste Bedienung. Bisher ist das System aber ziemlich proprietär. Nun hat Spark.io, der Hersteller eines Arduino-basierten ARM Prozessors mit WiFi und Cloud Backend, in einem einzigen Tag eine Kopie (oder Karrikatur) des Nest Thermostats gebaut, um zu zeigen, wie schnell man heute Internet-verbundene Prototypen entwickeln kann, mit open source Hardware. Auch im Bereich Home Automation tut sich einiges, mit Open Source Plattformen wie OpenRemote, OpenHab oder TheThingSystem. In diesem Umfeld hat Open Source Software eine hohe Erfolgschance, solange es verschiedene Hersteller gibt. (http://blog.spark.io/2014/01/17/open-source-thermostat/, http://www.openremote.org/, http://www.openhab.org/, http://thethingsystem.com/)

22) Schön und gut, aber wo soll man beginnen? Einen guten Einstieg vermitteln diese Bücher. Besonders komplett, und sehr zu empfehlen ist "Designing the Internet of Things". Und natürlich die Arduino Abende im FabLab Zürich.

23) Oder kommen Sie mal an einem Meetup vorbei. Zum Beispiel am 14. Februar zum Internet of Things Meetup, wo uns Rob van Kranenburg besucht. Meetup.com ist eine Plattform aus den USA, die es einfach macht, informelle Treffen zu organisieren. Eine andere wichtige Plattfrom für uns ist  Techup.ch, die Schweizer Variante von Meetup.com. Wie sie vielleicht wissen unterstützt /ch/open uns beim Internet of Things Zürich Meetup und beim 3D Printing Zürich Meetup. Herzlichen Dank für diese Unterstütztung!

24) Und danke für ihre Aufmwerksamkeit.