Sprache ist ein mächtiges Werkzeug – nicht nur für Dichter und CEOs, die Reden schwingen. Dank Stimmbiometrie kann heute jeder mit seiner Stimme Türen öffnen und Passwörter überflüssig machen.
Künstliche Intelligenz (KI) ist eines der Trend-Themen unserer Branche. Dabei gibt es die KI schon lange. Der Grund des Medienechos ist dennoch gerechtfertigt: Heute hat die Evolution „intelligenter“ Systeme einen neuen Höhepunkt erreicht und sich einen Platz in unserem innersten Heiligtum verdient – unserem Zuhause. Digitale Assistenten sind nicht mehr nur Teil des Smartphones. Sie stecken auch im Auto, im Smart TV oder in der Armbanduhr.
Mit Spracherkennung und Stimmbiometrie wird die Interaktion mit Maschinen menschlicher und noch effektiver. Foto: Shutterstock.com - a-image
Eine KI, die mit mir spricht
Doch nicht nur der Ort hat sich geändert. Auch die Art des Umgangs ist eine neue Erfahrung: KI interagiert mit uns. Die Systeme hinter der sympathischen Computerstimme einer Alexa, Siri oder Nina erkennen die Bedürfnisse ihrer Benutzer, erlernen ihre Präferenzen, gehorchen aufs Wort und schaffen auf diese Weise eine personalisierte Nutzererfahrung. So schafft es ein digitaler Assistent, unser Smart Home für uns von unterwegs zu steuern. Wenn wir dann zur Tür hineinkommen, ist das Licht schon an und die Feierabend-Playlist läuft.
Wir Deutschen haben es in unserer Freizeit am liebsten bequem. Laut der Stiftung für Zukunftsfragen schauen wir dann gerne fern, hören Radio, telefonieren oder surfen im Netz. Natürlich am besten von der Couch zuhause. Für alle Anbieter von Dienstleistungen und Technik bedeutet das: Von der Schaltzentrale Sofa aus sollte der Nutzer in der Lage sein, Smart-Home-Lösungen zu bedienen. Das gelingt unter anderem durch Sprachsteuerung, einer der natürlichsten und einfachsten Steuerungsformen für Technik. Die einfache Adaption ist auch der Grund, warum etwa im TV-Bereich Sprachbefehle bereits weit verbreitet sind.
Was ist was im Smart Home?
Anwesenheitssimulation Viele Smart-Home-Systeme wollen mit einer Anwesenheitssimulation potenzielle Einbrecher abschrecken und so die Sicherheit im Eigenheim erhöhen. Ist der Hausherr auf Reisen oder unterwegs werden automatisiert zu üblichen Tageszeiten die Rollläden hoch- und heruntergefahren sowie die Beleuchtung eingeschaltet.
Airplay Airplay ist ein proprietäres Protokoll von Apple, das 2010 gestartet wurde. Es ermöglicht Streaming von Audio- und Video-Daten zwischen zwei kompatiblen Geräten wie zum Beispiel iPhone/iPad und einem Soundsystem. Airplay arbeitet in der Regel stabiler als der Konkurrent DLNA, funktioniert aber nur mit AirPlay-kompatiblen Geräten aus dem Apple- und iOS-Umfeld.
Android / iOS Wie Computer brauchen auch Smartphones und Tablets ein Betriebssystem, auf dem die Programme (hier Apps genannt) laufen. Die wichtigsten mobilen Plattformen sind Googles Android und Apples iOS. Smart-Home-Hersteller bieten zu den meisten Geräten Steuer-Apps für beide Plattformen an, um eine möglichst große Zielgruppe ansprechen zu können.
Apps Apps spielen im Smart-Home-Bereich im wahrsten Sinne eine zentrale Rolle: Sie übernehmen wichtige Funktionen als Zentrale zur Fernsteuerung und Programmierung von Haushaltsgeräten von der Beleuchtung bis hin zur Heizung. Viele Hersteller bieten zu ihren Produkten kostenlose Apps, die dann begleitend aus dem App Store heruntergeladen werden können. Die Apps laufen oft auf verschiedenen Geräten wie Smartphone, Tablet und manchmal sogar Smartwatch.
Automation Bei Smart Home ist oft von Heimautomation die Rede. Die Grundidee dabei ist, dass verschiedene typische Aufgaben im Haushalt mit minimaler Interaktion durch den Menschen von Elektronik ausgeführt werden. So kann zum Beispiel eine App vom Smartphone aus nach einem einmal programmierten Muster das morgendliche Kaffee- oder Teekochen starten, wie mit der smarten Kaffeemaschine und einem Wasserkocher von Smarter.
Bluetooth / Bluetooth LE Neben Wireless LAN ist Bluetooth im Smart-Home-Bereich ein wichtiges Allround-Drahtlosprotokoll mit dem Geräte miteinander kommunizieren können. Bei Bluetooth ist das "pairen", also verbinden, der Geräte besonders einfach - dafür ist die Reichweite auf rund zehn Meter begrenzt. Die vierte Generation Bluetooth LE (LE steht für "Low Energy"), ist auch als "BLE" oder "Bluetooth Smart" bekannt, arbeitet sehr Strom sparend und schont die Akkus.
Cloud Computing / Cloud Speicher Was Cloud-Speicher und Cloud Computing sind weiß heute jeder, doch im Zusammenhang mit Smart Home spielen beide eine besonders wichtige und zentrale Rolle. Die Sensoren im Haus oder den Haushaltsgeräten liefern ihre Daten oft an eine App oder Plattform im Internet. Wer zum Beispiel eine 24-Stunden-Überwachung mit Aufzeichnung und Speicherung per Smart Kamera wünscht, kann bei der Überwachungskamera Myfox einen kostenpflichtigen Datenplan dazu buchen.
DLNA Die "Digital Living Network Alliance" wurde von Sony und Intel gegründet. Der Standard soll das Verbinden und den Datenaustausch von kompatiblen Geräten per WLAN vereinfachen. DLNA kommt meist zum Streaming von Multimedia-Inhalten auf Notebooks oder TV-Geräte zum Einsatz.
E-Health Smart-Home-Produkte aus der E-Health-Kategorie erhöhen den Komfort, indem sie den ein oder anderen Arztbesuch sparen oder das Leben in den eigenen vier Wänden im Alter sicherer und gesünder machen. Ein Beispiel ist der Blood Pressure Monitor von Withings, der per Smartphone Blutdruck misst und die Werte per E-Mail an den Hausarzt schicken kann. Andere Geräte wie die Kamera Withings Home messen die Luftqualität und melden Keime im Innenraum.
Connected Devices Eine Grundidee im Smart Home sind Geräte, die sich untereinander unterhalten. So könnte zum Beispiel der Bewegungsmelder eine Kamera aktivieren, wenn jemand einen Raum betritt. Ein Wandschalter kann in Smart-Home-Systemen gleich mehrere Geräte gleichzeitig steuern, zum Beispiel Beleuchtung, Multimedia-Geräte und die Heizung.
Digitalstrom Das System vom Schweizer Hersteller Digitalstrom ist im Smart-Home-Bereich sehr bekannt. Es will fast alle Geräte im Haushalt per App fernsteuerbar machen. Dazu nutzt es ausschließlich bestehende Stromleitungen, die mit einer speziellen Klemme mit CPU nachgerüstet werden.
Heizungssteuerung Energiesparen gehört zu den Hauptvorteilen, mit denen Smart-Home-Hersteller Kunden gewinnen wollen. Das einfache Sparprinzip: Energie wird nur verbraucht, wenn sie auch gebraucht wird. Besonders viel Potenzial hat die Heizung, die in vielen Wohnungen permanent läuft. Eine intelligente Heizlösung wie das smarte Thermostat Tado kann über das Smartphone erkennen, ob man das Haus verlässt. Das System fährt daraufhin die Heizung herunter, um Energie zu sparen. Nähert man sich wieder, heizt das System die Räume vor.
If This Then That / IFTTT Smarte Geräte können ganz leicht automatisiert gesteuert werden. Oft sind im Zusammenspiel programmierte Abläufe mit Logik gefragt - zum Beispiel wenn beim Verlassen des Hauses die Beleuchtung aus- und die Überwachungskamera eingeschaltet werden soll. Mit dem Dienst If This Then That können solche Logiken mit "Rezepten" sehr einfach programmiert werden. Produkte wie Philips Hue oder Google Nest sind mit dem Dienst kompatibel.
Internet der Dinge / IoT (Internet of Things) Das Internet der Dinge (IoT / Internet of Things) ist der Oberbegriff für die immer größere Anzahl von smarten Geräten mit Verbindung zum Internet. Smarte Kameras können sich zum Beispiel direkt mit dem WLAN-Netzwerk verbinden und Live-Bilder an eine App schicken, während man gerade im Urlaub ist.
HomeKit HomeKit ist die hauseigene Smart Home-Plattform von Apple, die Heimelektronik-Geräte für iOS unter einen Standard bringen möchte. HomeKit-kompatible Produkte sind mit dem "Works with HomeKit"-Siegel ausgezeichnet. Dabei können Nutzer die Geräte mit einem Einrichtungscode sehr einfach in Betrieb nehmen und auch mit dem Sprach-Assistenten Siri steuern.
LED LED-Lampen spielen im Smart-Home eine wichtige Rolle: Sie sparen nicht nur Strom, sondern können auch gedimmt werden oder die Farben wechseln. Elgato hat beispielsweise die kabellos aufladbaren Lampen Avea im Programm. Die LED-Lampen sind per App fernsteuerbar und können auch dynamische Profile aufrufen, etwa im Polarlicht- oder Sonnenuntergangs-Stil.
Multiroom Musik spielt im Smart Home nicht nur in einem Raum, sondern überall wo man sich gerade aufhält. Wenn mehrere Abspielgeräte zu einer zentral steuerbaren Anlage zusammengefasst werden, spricht man von Multiroom. Einer der bekanntesten Hersteller in diesem Bereich ist Sonos. Sonos-Anlagen sind nicht nur per App steuerbar, sie vereinen auch Musik aus unterschiedlichen Quellen (zum Beispiel Streaming-Dienste und Internet-Radios) in einem System.
Remote Richtig spannend wird das Thema Smart Home eigentlich erst, wenn es um Remote-Zugriff geht. Das Haus kann nicht nur zentral gesteuert werden wenn man sich gerade darin aufhält, sondern auch von unterwegs per Fernzugriff über eine Smartphone-App. So kann nicht nur die Heizung eingeschaltet, sondern beispielsweise auch per Überwachungskamera nach dem Rechten gesehen werden.
Sensor Sensoren sind Geräte die Veränderungen aufspüren - zum Beispiel in Bezug auf Temperatur, Licht, Bewegung, oder Geräusche. Im Smart Home spielen Sensoren eine wichtige Rolle weil sie oft andere, vernetzte Geräte ansteuern. Zum Beispiel können Sensoren in Fensterrahmen beim Lüften die Heizung ausschalten.
Smart Home Smart Home steht für das intelligente Zuhause und gleichzeitig als Oberbegriff für Systeme in Wohnräumen, die verschiedene Verbesserungen bringen sollen. Zum Beispiel mehr Lebensqualität, weil sich der Gerätepark zuhause fernsteuern lässt und miteinander kommuniziert oder niedrigere Stromrechnungen weil nur noch beleuchtet und geheizt wird, wenn man es braucht.
Standards Ein Problem mit dem der Smart-Home-Markt derzeit noch zu kämpfen hat, ist die Vielzahl der meist proprietären Systeme und Geräte. Die einzig mögliche Antwort darauf sind Hersteller-übergreifende Standards.
Wearables Wearables sind tragbare smarte Geräte wie zum Beispiel Fitness-Tracker oder Smartwatches. Diese können per App Hausgeräte fernsteuern (Apple Watch), oder die tägliche Schrittanzahl und Schlafdauer (Withings Activité) an eine smarte Waage liefern, die daraus den Kalorienverbrauch ableiten kann.
Zigbee ZigBee ist ein von einer firmenübergreifenden Allianz entwickeltes Drahtlos-Protokoll mit einer größeren Reichweite als Bluetooth (bis zu 100 Meter). Dabei verbraucht Zigbee weniger Strom als Wi-Fi und ist simpler einzurichten. Direkter Konkurrent ist Z-Wave: Ein Drahtlos-Protokoll, das Interferenzen mit Wi-Fi und Bluetooth auf dem überfüllten 2,4 GigaHertz Frequenzband vermeiden will.
Die Entwicklung geht nun dahin, die Stimme des Nutzers zu erkennen und damit zuordnen zu können. Wenn das Smart Home Device „weiß“, wer mit ihm redet, kann es dem Nutzer eine sehr persönliche Erfahrung bieten. Es geht aber auch um Sicherheit: Beim Online-Shopping etwa sollte das System nur die Bestellungen des Nutzers aufnehmen und nicht jeden hereingerufenen Wunsch eines Gastes erfüllen. Wenn Stimmen nicht genau zugeordnet werden, könnte versehentlich auch Hintergrundlärm als Eingabe erkannt werden – etwa das laufende Fernsehprogramm, wie schon bei Google und Alexa geschehen.
Stimmbiometrie als Schlüssel zum Erfolg
Wie der Fingerabdruck ist auch das Profil der Stimme jedes Menschen einzigartig. Während dieses Merkmal bei der Spracherkennung lästig ist – hier möchte man sich auf den Inhalt des Gesagten konzentrieren und muss dabei mit der Variabilität menschlicher Sprache klarkommen – ist es bei der Stimmbiometrie eine sehr erwünschte Eigenschaft. Beide Technologien, Spracherkennung und Stimmbiometrie, nutzen „Deep Learning“ auf der Basis von Neuronalen Netzen, wobei die Netze während des Trainings lernen, auf unterschiedliche Aspekte zu achten.
Diesen „Stimmabdruck“ eines Menschen können intelligente Systeme mittlerweile nutzen, um den Sprecher eindeutig zu identifizieren. Über 150 Millionen Menschen nutzen diese einfache Authentifizierung mittels Stimmbiometrie bereits, etwa bei Banking-Systemen oder Callcenter-Lösungen, wo die Stimme zum Passwort wird. Dank dieser Kombination von KI und Stimmbiometrie muss der Smart-Home-Bewohner nur noch „Hallo“ sagen – wahlweise auch „Sesam öffne dich“ – und sein Smart Home wird sich automatisch auf seine Präferenzen einstellen.
Opus Research geht davon aus, dass es im Jahr 2020 mehr als 500 Millionen Stimmabdrücke geben wird. Nutzer werden verschiedene Anwendungen alleine durch ihre Stimme bedienen können. Stimmbiometrie, also die Erkennung der Sprache als biometrische Authentifizierung, ist eine leistungsstarke Schnittstelle für zahlreiche Dienstleistungen und Geschäftsbereiche; dabei erfordert sie nur minimale Investitionen in Hardware. Von allen biometrischen Merkmalen wie Fingerabdruck und Iris-Scan gilt die Sprache als das beste und einfachste Merkmal für die Authentifizierung, weil es ohne Berührung auskommt. Dies weisen unter anderem Oinam Joymala und Neha Khare in ihrer Studie zur Sicherheit im Smart Home nach.
Unzählige Einsatzmöglichkeiten
Was man alles mit der Stimme machen kann, wissen wir noch nicht. Die Möglichkeiten sind nahezu endlos – ein paar Einsatzszenarien kennt man jedoch bereits, etwa das klassische „OK, Google“ oder „Alexa, wie spät ist es?“. Doch Stimmbiometrie kann deutlich mehr. Wie wäre es etwa, nie wieder einen Hausschlüssel zu brauchen? Die Aussage „Meine Stimme ist mein Passwort“ genügt, um die Tür zum Smart Home aufschwingen zu lassen. Anschließend geht automatisch das Licht an, die Raumtemperatur wird nach Wunsch des Bewohners geregelt und der Fernseher startet automatisch das gewünschte Programm.
Übrigens ist Sprache nicht nur im Smart Home wichtig. Auch im Online-Handel ist die Authentifizierung durch Stimmbiometrie von entscheidender Bedeutung: Die Stimme stellt sicher, dass keine Bestellungen unter falschem Namen getätigt und Kreditkartendaten schnell verifiziert werden können. Auch die Unterhaltungsindustrie profitiert, denn ein einfacher Sprachbefehl des Kunden reicht aus, um eine Transaktion zu verifizieren – und ersetzt die lästige Passworteingabe.
Während des Autofahrens zu telefonieren ist dank Freisprecheinrichtung (auch rechtlich) kein Problem mehr. Weitere Aktionen am Smartphone, wie etwa das Verfassen einer kurzen Email oder im Stau das Abendessen per App zu bestellen, werden hingegen zur Herausforderung. Spätestens bei der Bezahlung müsste der Fahrer auf das Display schauen und Passwort oder Bezahldaten bestätigen. Stimmbiometrie erlaubt eine Authentifikation, ohne die Hände vom Lenkrad zu nehmen.
Fazit: Das Internet der Dinge besser nutzen
Über die Stimmbiometrie ist schon heute sicher, dass sie Authentifikationsprozesse einfacher und sicherer macht. Dank ihr können wir das Internet der Dinge noch effizienter nutzen und uns den Alltag selbst vereinfachen: das eigene Haus sichern und steuern, zugreifen auf alle Geräte und Daten von überall, personalisiert einkaufen – alles mit der eigenen Stimme. Stimmbiometrie ist der nächste Schritt, das Potenzial des Internet der Dinge voll auszuschöpfen und die Interaktion mit Maschinen menschlicher zu machen.