Tietoliikenteen sovellukset 2030 5G-Seminaari 24.5.2017 Pörssitalo

Risto Linturi, tulevaisuudentutkija

Tietoliikenne tärkeä kaikissa osa-alueissa! Osa robotisaatioselvityksestä LVM&TEMmille. Käytetty Radikaalien teknologioiden nelitasomallia, joka on kuvattu Tulevaisuusvaliokunnan julkaisussa "Suomen sata uutta mahdollisuutta", Linturi, Kuusi, Ahlqvist,2013. Tämän taulukon ovat laatineet Risto Linturi ja Ossi Kuittinen. Osa riviotsikoista kuvaa arvonluontiverkostonsa suurinta muutostekijää.

robotisoitu tieliikenne

robotti- lennokit

robotisoitu tavaroiden tunnistus ja siirtely

robotisoitu työstö ja valmistus

sosiaaliset robotit ja etiäiset

diagnostiikka- ja valvonta- robotiikka

kauko-ohjattavat robotti-työkalut

biotalouden ja elin- ympäristön robotisaatio

robotti- avusteet ja älykkäät proteesit

mikro-, nano- ja biorobotit

1. Henkilöautoliikenteen automatisointi 20 1 3 3 3 5 1 362. Tavaraliikenteen automatisointi 10 10 10 5 5 3 3 463. Lähivalmistus ja teollisen rakenteen murros 3 3 3 20 1 5 5 5 3 3 514. Kaupan ja palveluiden virtualisoituminen 5 10 5 5 3 5 5 3 1 3 455. Lähiruoka ja funktionaalinen ravinto 3 3 5 1 5 3 10 3 3 366. Etäläsnäolo ja työkalujen kauko-ohjaus 5 3 3 3 10 5 10 5 3 3 507. Oppimisen ja opastuksen yksilöllistyminen 3 1 1 10 1 1 3 5 3 288. Toimintakykyä tukeva omatoiminen ja yksilöllinen terveydenh. 1 1 3 3 5 3 1 5 5 279. Toimintakyvyn lisääminen toimintakykynsä menettäneille 5 1 3 3 3 3 1 3 20 3 4510. Tietoisuutta toimintaympäristöstä lisäävät välineet 3 5 3 3 5 5 5 10 10 4911. Toiminnalliset materiaalit ja uudet materiaaliteknologiat 5 1 5 10 2112. Tavaran älykkyyden toiminnalliset lisäarvot 1 1 3 5 5 5 3 1 5 2913. Kestävän kehityksen energiateknologiat 5 3 1 3 5 1714. Raaka-aineet hyödyntämättömiltä alueilta ja avaruudesta 3 3 5 5 1 1715. Viihteen, kulttuurin ja vaikuttamisen osallistuvat muodot 1 1 3 1 10 3 1 1 5 5 3116. Maanpuolustus ja terrorismin torjunta 1 3 5 3 1 10 10 5 10 4817. Tilojen ja rakenteiden toiminnallistuminen 10 3 3 1 5 5 5 5 3718. Itseorganisoituvat yhteisölliset toimintatavat 3 3 3 3 3 5 3 1 2419. Identiteettien ja sosiaalisten rakenteiden virtualisoituminen 1 1 1 5 1 1 1 1120. Demokratia, vapaus ja sosiaalinen koheesio 3 1 1 3 5 5 1 3 5 27Summa 79 53 53 64 62 80 76 66 65 77

Robotisaatioteknologioiden vaikutusarvio Raportista LVM 2/2016, Robotiikan taustaselvityksiä, osa Digitaalinen tietopohja ja robotisaation vaikutukset: Risto Linturi ja Ossi Kuittinen

Top 10 – yhteiskuntarakenteiden murrosaluetta

Valtiovaraininisteriön JulkICT-osaston ”Pilkahduksia tulevaisuuteen – digitalisaation ja robotisaation mahdollisuudet” raportista.

Nämä vaativat erityistä hallinnon huomiota ja yhteiskuntarakenteiden muutosta Kehittynyt tietoliikenne merkittävässä roolissa jokaisella murrosalueella!

1. Henkilö- ja tavaraliikenteen robotisaatio 2. Aurinkoenergia/polttokenno, energiamurros 3. Yksilöllinen 3D-tulostus ym. lähivalmistus 4. Kerrosviljely ym. biomateriaalien lähivalmistus 5. Itsediagnostiikka/biohakkerointi 6. Jakamis- ja alustatalous, transaktiot, luottamus 7. Laajennettu todellisuus & asioiden Internet 8. Etäläsnäolo ja palvelurobotiikka 9. Keinoälypalvelut, crowd data ja superaistit 10. Käänteinen- ja robottiopetus & osaamisen näyttö

IOT/Digitalisaatio vauhdittuu • uusien laitteiden suunnittelu yhä helpompaa, IoT-tietokone nyt vain $5 • yhä useammat toimilaitteet ja mittalaitteet verkossa, sensoreita miljardeja • mobiililaitteissa kasvava määrä antureita, crowd sourcing • palvelurobotiikka kasvamassa räjähdysmäisesti • big data, keinoäly ja pilvipalvelut vahvistuvat • laitteiden muuttuminen palveluiksi, etädiagnostiikka • Käyttäjien ja kenttähuollon valmiudet parantuneet –

• kaikilla on älylaite mukanaan • langattomat verkot ulottuvat kaikkialle

• 5G-verkot suunnitellaan IOT-tarpeisiin Älykkäiden verkkoon kytkettyjen laitteiden määrä 36MRD v. 2020. Jos MTBF on esim. miljoona tuntia, rikkoutuisi joka päivä lähes miljoona laitetta.

17.11.2016 Internet of Things 4

Tietoa kertyy kaikesta • Paikkatietoa tuotetaan yhä helpommin

– kiinteät sensorit – liikkuvat sensorit

(autot, kopterit, satelliitit, kännykät) – AI, hahmontunnistus kuvista yms. – virtuaalinen tieto – Esimerkkisensoreita: TrackR, wifitutka

• Aerial satellites – reaaliaikaista tietoa 10km2 alueelta varpusen tarkkuudella

Tallennustila halvemmaksi • DNA voi varastoida 200 Petatavua/gr.

– 200.000.000GB, latautuu gigabitin (netto)nopeudella 50 vuodessa

• ORC lasi, kolikon kokoon 360 Teratavua – 360.000GB, latautuu gigabitin (netto)nopeudella 34 vuorokaudessa

• NAND 3D kehittyy nopeasti, muistitila halpenee kertaluokalla 2020 mennessä

Kaikkiin yleisiin ajatuksiin 5G-tarpeista en täysin yhdy

Kyt Kap Lat

• Pieni max. latenssi, riittävä kaista ja kytkettävyys ovat keskeiset kriteerit. – Best effort ei riitä

monillekaan uusille sovelluksille

– Sovellusvisioita on katsottava tarkemmin

Virtuaalilasit fyysisen läsnäolon sijaan? • Tunnistavat pään asennon ja esittävät vastaavan 3D-

näkymän virtuaalimaailmaan kullekin silmälle erikseen • Oculus Rift – Facebookin tytäryhtiö

• kuvassa Oculus Gear VR + Samsungin känny • Hallintalaitteita: VR-käsineet,3D-ohjaimet

• Muita: HTC-Vive, Intel Project Alloy yms. • Tyypillisiä sovelluksia:

• tavaroiden, tilojen ja palveluiden kokeminen • 3D-pelit, virtuaaliturismi, opetus, simulointi • Sosiaalinen toiminta 3D-maailmassa • Suunnittelumallien ”kokeminen” • Robottien kauko-ohjaaminen

• Etäläsnäolo ja etäneuvonta, kauko- ohjaaminen, mittaustehtävät, pelit, sota, kunnossapito yms. 8

Jaetut tosiaikaiset virtuaalimaailmat

• No Man’s Sky, live-planeettoja 1.8×1019, 2MRD kpl jokaiselle

• CAD-järjestelmät – co-creation • Simulaattorit, yhteiskäyttö

Virtuaalisen kautta todellisen kohtaaminen • Etäläsnä virtuaalisesti tai

kauko-ohjatulla etiäisellä • Paikan merkitys vähenee

Robotisoitu mobiili työ: valvottua ja osittain kauko-ohjattua

Robotit ovat läsnä keittiössä, tehtaassa, sairaalassa, toimistossa, kaupassa jne. • etäläsnäolo, valvonta, mittaukset – ei matka-aikaa

23.5.2017 12

Nelikopterit: automatisoitu lennonjohto, valvonta • http://www.youtube.com/watch?v=JnkMyfQ5YfY

• USAn lainsäädäntö ja EUn direktiivi kilvan muutoksessa! • Kartoitus-, kuvaus-, etsintä- ja valvontatehtävät • Kirjeenkanto, kokoonpano, pakettien nouto, rakentaminen • Mittaus- ja ohjaustehtävät, viihde- ja sotilaskäyttö

• Laitteessa yleensä oma vakaaja, gps, kamera, radio-ohjaus • Amazon lupaa paketin kotiin 30 minuuttia tilauksesta

• UPS, ilmoittanut vast. projekteista, myös Kiina, Australia • http://www.youtube.com/watch?v=w2itwFJCgFQ

13

Robottien ja ihmistenkin uudet mittalaitteet -mobiilit laitteet tuottavat ”anturoimatonta” tietoa ympäristöstä

• IR- ja THz- spektroskopia paljastaa materiaalikoostumuksen • IR-alue muuttumassa hyvin edulliseksi, THz tulossa käytännölliseksi • Kuvan IR-spektrometri 250$, kuluttajakäyttöön, CES2016 voittaja • Mikä on raaka-aineen koostumus? Kuinka paljon tuotteessa on

kaloreita tai alkoholia, Onko puu kuivaa? Data pilveen, pilvi vastaa! • Valmistajan mukaan laite erottaa jopa alkuperäislääkkeen kopiosta!

• LIDAR ”kuulee” puheen äänieristetyn ikkunan läpi tai näkee laitevikaa ennakoivan tärinän meluisassakin ympäristössä ym.

• Todella monia asioita voi nyt mitata kätevästi – pieni kemian laboratorio, ultra tai DNA- sekvensori kämmenellä!

23.5.2017 14

DNA-luku pian kuin valokuvaus! • QuantumMD QPoc: valittuja DNA-sekvenssejä

• älypuhelimen hintataso, testit 5-20$kpl, myyntiin 2017

• Minion – lukenut ihmisen koko perimän n. 3Gbp • Ihmisen koko mikrobiomi noin 100 kertaa suurempi • Tarkkuutta lukukertoja lisäämällä, laitehinta $1.000

• Nanopore-parannuksia simuloitu – 90% tarkkuus, ei vääriä positiivisia, lukunopeus 66mrd bp/s (NIST)

• Halvin ihmisen koko perimän lukupalvelu nyt $300 Illuminan uuden laitesarjan tavoitehinnaksi $100

23.5.2017 15

Kotilabra kännyyn! • FDA hyväksynyt lukuisia

iPhone-lisälaitteita lääketieteelliseen käyttöön

• esim. tärykalvon tai retinan voi kuvata kotona ja kuvat lähettää verkkolääkärille

• Myös lääkärin käytössä kentällä esim. sydämen ultra yms. (FDA ok)

16

Some-efektit, pelillistäminen ja tekoäly tärkeitä +osaamistarpeen vähentäminen

Baabelin kala myynnissä!

Tuotteet palveluiksi, IoT ->vertikaali-integraatio • Autotehdas myy jatkossa kilometrejä

• Tavara muuttuu palveluksi – omaa autoa ei tarvita, mutta autojen on palveltava!

• Autot keräävät massiivisen määrän dataa • Yhä useamman tuotteen äly pilvessä

• Hissit, kännykät, rannekkeet, yms. • Turvallisuuden oltava autonominen,

auton fyysinen kauko-ohjaus on iso riski • Valmistus ja palvelu integroituvat

• Ellei välissä ole rajapintastandardia

Laajennettu/lisätty todellisuus • Lasit tunnistavat ympäristön ja yhdistävät

siihen tietokantojen tiedot ja ohjeet. • Voimme vaikkapa nähdä ihmisen suonet,

sisäelimet, murtumat ym. tomografikuvan tiedot potilasta katsoessamme.

“This new technology allows us to use augmented reality in combination with 3D imaging for intraoperative surgical planning and navigation of our devices. We have now treated four patients using the system and placed 44 pedicle screws with satisfactory results. We have been able to check the overall result in 3D in the operating room without the need to move the patient to a CT scanner. The radiation dose to the staff is zero and minimal to the patient.”

23.5.2017 19

Laajennettu todellisuus 2

• Voimme vaikkapa nähdä ääniaallot, metallien väsymisen, aineiden koostumukset, laitteiden käyttötiedot, säädöt ym. niitä katsoessamme.

• Kisälli voi saada eteensä mestarin ohjeet kädestä pitäen ja mestari eteensä kisällin näkökentän – seniori on aina olan takana!

• MS Hololens • Meta • ODG R9 • Magic Leap

23.5.2017 20

Todellinen kohtaa virtuaalisen

Keinoäly ja paikkatieto, toimialakohtaisia tarpeita yhteinen tieto konsolidoidaan pilveen, AI harkitsee, mikä on relevanttia

Toimialoja • Pankki ja rahoitus • Sotesektori • Liikenne • Energia-ala • Kauppa • Maatalous • Maanpuolustus • Opetustoimi • Rakentaminen • Kunnossapito • Matkailu • Urheilu • Vakuutusala • Viranomaiset ym.

Yksilö vs tilasto, AI/Big Data- diagnostiikan esimerkkejä • Maanjäristysvaroitus ennalta • Parkinsonin tunnistus kännykällä • Sydänkohtauksen tunnistus • Terroriverkoston kartoitus • Laakerivika tärinäprofiileista • Fleet management optimointi • Ongelmien juurisyyn selvittäminen • Keinoäly ja Big Data avaavat valtavia

mahdollisuuksia mm kunnossapitoon • Siirrettävät tietomäärät usein suuria

Keinoäly pilvessä – vaatii tehoa! Googlen uusi TPU – petaflops-luokassa 1015

• Deep Learning -neuroverkot oppivat epälineaarisia riippuvuuksia

• Sovellusalueita –luonnolliset kielet, hahmontunnistus, pelit, optimointi, robotiikka, ennakointi yms.

• Keinoäly voidaan opetettaa näyttämällä erilaisia luokiteltuja aineistoja ja antamalla keinoälyn ”kokeilla” ja antamalla palautetta (reinforcement learning) Esim. Google DeepMind AlphaGo

• https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_deep_learning_software • http://www.nvidia.com/object/deep-learning-system.html

• Perusvaihtoehdot vs. opetusaineisto 1. Havainnoista täysin itseoppiva järjestelmä 2. Luokitellusta aineistosta itseoppiva järjestelmä 3. Analyytikkojen mallien mukaan simuloitu/oppiva järjestelmä

Joukkoistus/crowd sourcing toimivimpia opetustapoja! -oppimateriaali ja sovellukset tietomääriltään suuria Created by Hiroki Sayama, CC 3.0

Virtuaalisensorit ja virtuaalitietoliikenne?

http://www.gcomtech.com/ccp0-prodshow/laser-surveillance-laser-listening.html

Nasa

Extremetech 2014

• Laitetaanko todella sensorit parkkipaikkoihin, tien pintaan, kasveihin, tms.

• Vai käytetäänkö optisia menetelmiä ja tekoälyä

• Käytetäänkö kiinteitä antureita vai autojen, kännyköiden ja koptereiden liikkuvia antureita

• Ovatko sovellukset yhteydessä näihin mittalaitteisiin vai luodaanko mitatuille kohteille virtuaalisensorien käsitteet?

• Tietosuoja ja käytettävyys yhdistyvät virtuaalisensoreilla!

Rakennusautomaatio vs. talonmiesrobotti Kuinka monta IoT-laitetta me oikeastaan tarvitsemme, jos meillä on Roosa?

Thing2Data-sovelluksia

• Objekti tunnistuu paikan tai tagin mukaan ja pyytää/tarjoaa palveluksia

• Virtuaaliantureilla suuri rooli ja pilvi hoitaa sen

Tietoliikenteen tulevaisuutta? • Monikaistasalaus – palat eri reittiä, viesti

yhdistyy kokonaisuudeksi perillä • Autentikointi 24/7 live-striimauksella • Paikallisuuden ja pilven tasapainottelu

jatkuu latenssin, käsittelytehon, datan paikallisuuden sekä määrän ja kaistan tarpeen mukaan

• Kvanttilomitus tulevaisuuden sinetiksi • Lifi, Thz tulevaisuuden kaistoiksi

Mitä arvoja ja vapauksia yhteiskunta puolustaa? Miten nopea teknologiakehitys voi näitä uhata tai uhkia vähentää. Teknologiajäsennys on Sitran raportista 103 ja uhkakuvat pääosin Tulevaisuusvaliokunnan raportista Suomen sata uutta mahdollisuutta

Henki ja fyysinen omaisuus

Aineet- tomat oikeudet

Päätösten vapaus (uhasta)

Tiedon luotet- tavuus

Tiedon yksityi- syys

Lakien ja sopimus- ten voima

Tuotanto- ja palvelu- kyky

Transaktio- infra- struktuuri

Alueen louk- kaamat- tomuus

Elinympä- ristön vaarat- tomuus

1. Tiedon digitointi ja virtualisointi ++/- +/--- +/--- ++/-- +/--- ++/-- +++/--- ++/-- +/--- ++/--

2. Keinoäly, konehahmotus ja päättely +++/--- ++/--- ++/--- +++/--- +/--- ++/-- +++/- ++/-- ++/--- +++/-

3. Kaiken instrumentointi ja mittaus +++ +/- ++/- +++ +/--- +++ +++ ++/- +++/--- +++

4. Robotisoitu tavara&henkilölogistiikka +++/--- +/- +/--- + ++/-- +++/-- +++/--- ++/--- +/--- +++/---

5. Robotisoitu tuotanto ja palvelu ++ ++/--- +/- ++/-- ++/- ++/- +++ ++/-- +/--- ++/-

6. Nanomateriaalit +/--- +/- +/--- +/- +/-- +/- ++/-- +/- +/--- ++/--

7. Bioteknologia & farmakologia +++/--- +/- +/--- +/- +/-- ++/--- +++/--- +/-- ++/--- +/---

8. Energiateknologia +++/--- +/- +/-- +/- +/- +/-- +++/-- ++/-- ++/--- +/---

9. Digitaaliset joukkoistusalustat ++/- +/--- ++/- +++/--- +/--- +/- ++/-- +++ +/-- ++

10. ICT-rakenteiden globalisaatio +/-- +/-- ++/--- ++/-- +/--- ++/-- ++/--- ++/--- +/--- +/-

Teknologiariskien uhkat/mahdollisuudet 2020 Sitra Studies 103: Technology as an enabler of sustainable well-being in the modern society, Risto Linturi

Digitalisaation kehittämisohjelma – 12 teesiä! 1. Robotisaation&digitalisaation yhteiskunnalliset vaikutukset selvitettävä 2. Tiskipalveluiden irroittaminen ajasta ja paikasta toteutettava 3. Terveydenhuollon itsediagnostiikan ja etähoidon ratkaisut sallittava 4. Toimintakyvyn säilyttäminen robotisaation avulla otettava käyttöön 5. Käänteinen opetus ja pelillisyys otettava laajasti käyttöön opetuksessa 6. Kaupan, palveluiden ja teollisuuden konvergenssia tuettava

• lähivalmistus, teollinen internet, robotisaatio, tavaroiden internet 7. Sähköntuotanto kohti älykästä, varastoivaa, uusiutuvaa järjestelmää 8. Tavaraliikenteen ja henkilöliikenteen robotisaatiota vauhditettava 9. Varauduttava ilmastonmuutokseen robotisoidun kerrosviljelyn avulla 10.Vapauduttava etäisyyksistä etiäisten ja laajennetun todellisuuden avulla 11. Pilvipalveluita, avointa dataa, MyDataa ja Big Dataa edistettävä 12.Rakennettu ympäristö digitalisoitava ja anturoitava robottiystävälliseksi