OpenLicht：AI駆動スマート照明プロトタイプが室内照明を変革

ドイツの研究イニシアチブOpenLichtは、オープンソース ソフトウェア、機械学習ライブラリ、手頃なハードウェアを活用し、占有者の活動に合わせて室内照明を自律的に調整する革新的なスマート照明ソリューションを提供しました。

Philips HueやOsram Lightifyなどの現在のスマート照明製品は、通常、ユーザーが手動でスケジュールを設定するか、スマートフォン アプリでライトを制御する必要があり、自動化が限定的です。プログラマブルではあっても、これらのシステムは依然として事前設定されたルールに依存し、ユーザーの行動にリアルタイムで適応しません。

現在のスマート照明システムは依然としてユーザーによる手動セットアップが必要。OpenLichtプロジェクトはよりインテリジェントな照明システムのプロトタイプを開発（画像：Infineon Technologies/OpenLicht）

2016年9月に開始されたOpenLichtプロジェクトは、人工知能と機械学習をスマート照明に統合することで、このパラダイムを転換することを目指しました。「我々の二重の目的は、AIベースのスマート照明研究を前進させ、スタートアップとメイカーに最先端技術を民主化することでした」と、Infineon Technologiesのスマート照明R&Dマネージャー、プロジェクト コーディネーターのJuan Mena-Carrillo氏は語ります。

最近終了したこのプロジェクトは、ドイツ連邦教育研究省（BMBF）の資金提供を受け、Infineon、Bernitz Electronics、デゲンドルフ工科大学、ドレスデン工科大学がチームメンバーとして参加しました。InfineonとTU Dresdenが機械学習アプリケーションとアルゴリズムを開発。デゲンドルフがプロジェクトのグラフィカル インターフェース/アプリを開発し、Bernitzがゲートウェイとシステムのセンサーおよびアクチュエーター間の通信を担当しました。

スマート プロトタイプ

プロジェクトの旗艦成果は、AI駆動の適応型ソフトウェア スタック、ユーザーフレンドリーなグラフィカル インターフェース、データ処理と制御タスクをオーケストレートするRaspberry Piベースの中央ゲートウェイで構成される完全機能プロトタイプです。プロトタイプは、占有者の位置と活動に基づいて照明を自動的に調整します（例：テレビ視聴と読書で異なる設定）。また、時間の経過とともに個人の好みを学習し、未遭遇の新しいシナリオにも一般化できます。

オープンソース ハードウェア ゲートウェイは拡張ボード付きRaspberry Piベース。マイクロコントローラ アーキテクチャベースの小型版もあるが、OpenLichtゲートウェイへの接続が必要（画像：Infineon Technologies/OpenLicht）

プロトタイプの核心は、ベンダー中立のプラットフォームであるopenHAB上に構築されたオープンソース スマートホーム ミドルウェアです。研究者たちは、占有と動きを検出する圧力センサーとレーダー モジュールを含む一連のセンサー用にカスタムopenHABバインディングを作成しました。センサーデータはこれらのバインディングを通じて仮想「アイテム」に流れ、Encog機械学習フレームワークに転送されます。

最初のニューラル ネットワークはセンサー ストリームで訓練され、占有者の現在の活動を推論します。その出力は現実世界の照明データと融合され、ユーザーの好みに継続的に適応する2番目の自己学習ニューラル ネットワークに供給されます。結果として得られるランプ設定は、openHABバインディングを通じてアクチュエータ コマンドに変換されます。

チームはプロトタイプシステムを評価し、ニューラル ネットワーク訓練に必要なセンサーデータを収集するためデモルームをセットアップ（画像：Infineon Technologies/OpenLicht）

「ユーザーは依然としてUI、スイッチ、ディマー、リモコンでランプの色と強度を手動調整できます。手動オーバーライドが発生すると、システムは新しい設定を記録し、検出された活動と周囲光にマッピングし、ニューラル ネットワークを再訓練します。新しいデータを優先して将来の予測を改善します」とMena-Carrillo氏は述べています。

プライバシーの課題

セキュリティとプライバシーは重要な課題でした。チームはInfineon由来のTrusted Platform Module（TPM）を組み込み、重要データを保護し、改ざんから防御しました。広範なユーザーインタビューの結果、プライバシー懸念がスマートホーム採用の主要な障壁であることが判明しました。その結果、OpenLichtはエッジAIを採用し、すべての機密データをローカルで処理することで、プライバシーを保護し、応答時間を短縮し、インターネット接続への依存を減らしました。

オープンソース

OpenLichtの技術民主化への野心は、オープンソース コンポーネントへの依存に反映されています。ソフトウェアはopenHABを拡張し、オープンソースのEncogライブラリを統合し、コスト効率の良いハードウェア上に構築されています。機械学習モジュール、ナレッジベース、openHABバインディングを含むコードベース全体が近くGitHubで公開され、業界とメイカーコミュニティがプラットフォームを拡張・充実できるようになります。

「オープンソース公開により、ユーザーは自分のopenHABインストールに新しいAI機能を導入できるようになります」とMena-Carrillo氏。「これらの結果により、ユーザーはこのような新しいAI機能と特徴を自分のopenHABシステムに追加できるようになります。」

プロジェクトは主要目標を達成しましたが、チームはあらゆるシナリオで信頼性の高い動作にはさらなる改良が必要であることを認めています。OpenLichtのオープンソース性は、より広範なコミュニティからの継続的な協力と進化を招きます。

>> この記事は元々、姉妹サイトEE Times Europeで公開されました。