Kohti todellista jokapaikan tietotekniikkaa

Transkriptio

1 Kohti todellista jokapaikan tietotekniikkaa Prof. Olli Silvén Konenäköryhmä, Infotech Oulu Jokapaikan tietotekniikka: kaikkialla läsnä, silti näkymättä Langaton infrastruktuuri tulee jossakin muodossaan kaikkialle rakennettuun ympäristöön; asuntoihin, kulkuneuvoihin, vaatteisiin ja jopa ihmiskehoihin Edellyttää kommunikaatio-, anturi-, kuvantamis- ja menetelmätekniikkaa Voi lopulta realisoitua sähkövaloihin verrannolliseksi läsnä-älyksi 1

2 Jokapaikan tietotekniikan esikuva: HAL 9000 (Arthur C. Clarke: Avaruusseikkailu 2001; elokuva 1968) Discovery avaruusaluksen läsnä-älyjärjestelmä; silmät TV-kameroita HAL = Heuristically programmed ALgorithmic computer; oletettu valmistuneeksi 1997 HAL 9000:n kyvyt kasvojen löytäminen ja tunnistus huuliltaluku Ihmisten toimintojen tulkinta Ihmisten tunnetilojen tulkinta ilmeistä ja äänestä puheen tunnistus ja puhesynteesi oppiminen ja looginen päättely Todellinen jokapaikan tietotekniikka on tulossa Tietoliikenteeseen kykenevien laitteiden määrä kodeissa, kulkuneuvoissa ja työpaikoilla kasvaa jatkuvasti Alalla valtava tutkimuspanostus ympäri maailmaa: älytilat, älykivet, älypölyt, sensoriverkot, jne. Toisaalta edessä myös valtavia haasteita Useimmat demonstroidut ratkaisut ovat erittäin kalliita ja monimutkaisia Keskeisiä seikkoja kuten sähkön tarpeen tyydyttämistä ei ole ratkaistu Kuinka syötetäänkään virta kunkin kodin sadoille tai tuhansille laiteyksiköille? 2

3 Jokapaikan tietotekniikka mahdollistuu ja yleistyy, kun Akuista ja paristoista tulee tarpeettomia ja laitteita ei tarvitse kytkeä ulkoisiin virtalähteisiin Elektroniikan valmistuskustannukset putoavat lähes nollaan Sovellukset ovat elintärkeitä, hyödyllisiä tai hauskoja Onko tämä teknologisesti realistista? CMOS mikropiiriteknologioiden energiantarpeita Vuosi Mikropiirin viivanleveys (nm) Suhteellinen energiantarve Tulevaa jokapaikan tekniikkaa: litteä langaton älykamera tutkimusskenaario, jota ei vielä ole toteutettu 100mm virtalähde painettu lenslet -kamera prosessori, muisti ja radiotietoliikenne antenni Valosähköinen kenno energian keräämiseksi, voidaan valmistaa painotekniikalla Kondensaattori sähköenergian varastoimiseksi, voidaan valmistaa painotekniikalla; voi toimia myös mikrofonina ja kaiuttimena Kaavaillut kyvyt: kasvojen löytäminen ja tunnistus ihmisen toimien ja tunnetilojen tunnistus audiosignaalin käsittely rajallisen sanavaraton huuliltaluku ohjelmoitavuus 0.5mm Teknologisesti realistinen 3

4 Tulevaa jokapaikan tekniikkaa: litteät painettavat kamerat Lenslet tyyppinen kamera (Gray et al. 2007) Eräs ensimmäisistä integroiduista lenslet -kameroista (Tanida et al.) lenslet-kamerat ovat yksi mahdollisista litteistä kamerateknologioista Jokapaikan tietotekniikan realistisuus: energiantarve Järjestelmäkomponentti Signaaliprosessori Kamera-anturi (VGA: 640x480) MPEG-4 enkooderi (kovototeutus) MPEG-4 enkooderi (ohjelmistototeutus) Lyhyen kantaman radiolinkki Sovelluksen kokonaistarve (kovo) Nykyteknologian paras energiatehokkuuden taso 0.05 mw/mhz 1 mw/kuva/s 0.2 mw/kuva/s 5 mw/kuva/s 1.5 mw/100kbit/s Jokapaikan tietoteknisen sovelluksen arvioitu tehontarve 20MHz ~1mW ~1 kuva/s ~1mW ~1 kuva/s ~0.2mW ~1 kuva/s ~5mW ~30kbit/s@150pJ/bit~0.5mW ~3 mw Vertailun vuoksi: 100cm 2 valosähköisen kennon tyypillinen tehontuottokyky sisätiloissa: ~1.8mW (Randall & Jacot 2003) 4

5 Jokapaikan tietotekniikan ohjelmistotekniikka Laitteistopainotteiset toteutukset välttämättömiä energiatehokkuuden vuoksi Ns. hienorakeiset laitteistoratkaisut väistämättömiä joustavuuden saavuttamiseksi löydettävä ratkaisut joustavuuden ja tehokkuuden yhdistämiseksi laitteistokiihdyttimet tuntevat kääntäjät ja virtauslaskenta mahdolliset avaimet Laitteiden käynnistyttävä välittömästi, kun energiaa on tarjolla vrt. PC.t ja nykyiset matkaviestimet: kerroksittaiset ja raskaat arkkitehtuurit Nykyisin vallitseva ohjelmistohierarkkia sovellukset sovituskerros 1 sovituskerros 2 sovituskerros N Kovosovituskerros laitealusta Virtauslaskentaan nojautuva matalahierarkkinen rakenne V1 V2 V3 Ohjelmistosovituskerros Kovosovituskerros P1 P2 P3 Laitealusta Jokapaikan tietotekniikan menetelmäkomponentteja (1) Kasvojen löytäminen ja tunnistus Ihmisen toimien tulkinta 5

6 Jokapaikan tietotekniikan menetelmäkomponentteja (2) Ihmisen jäsenten tunnistus Jokapaikan tietotekniikan sovellus: etäopetusavustaja 6

7 Yhteenveto Painattu elektroniikka ja optiikka ovat kohta jokaisen käsissä Jokapaikan tietotekniikan tarvitsemat menetelmätekniikoiden ymmärrys on parantunut Tarvittavat ohjelmistotekniikan läpimurrot tulevat ja ovat jokaisen käytettävissä Jokainen tarvittava teknologiakomponentti on Infotech Oulun ryhmillä ja niiden kumppaneilla Painettava elektroniikka ja optiikka: EMPART & OPME Konenäkömenetelmät ja laskenta-arkkitehtuurit: MVG Tietoturva: ISG Piiriteknologiat: CAS Radioratkaisut: WCS & ALCOMEIS 7