L’intelligence artificielle a été testée avec succès dans le bâtiment NEST du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa). Empa/Roman Keller
Hausgewordenes Versuchskaninchen: Im NEST-Gebäude der Empa wurde die künstliche Intelligenz erfolgreich getestet. Empa/Roman Keller
Darum braucht dieses Haus 25 Prozent weniger Strom
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Le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) a développé une intelligence artificielle capable de détecter par elle-même les besoins en électricité des occupants d’un logement, de s’approvisionner en électricité au moment le plus opportun et de gérer intelligemment la maison.
Die Empa hat eine künstliche Intelligenz entwickelt, die den Strombedarf der Bewohnerinnen und Bewohner selbstständig kennenlernt, den Strom zum günstigsten Zeitpunkt bezieht und das Haus klug steuert.
Il fut un temps où une maison avait quatre murs, un toit, des fenêtres et des portes, un système de chauffage, une chaudière, des appareils de cuisine et quelques branchements électriques. Vous programmiez le chauffage pour qu’il fonctionne jour et/ou nuit, la chaudière était contrôlée par la compagnie d’électricité, vous laissiez les lumières allumées par oubli, et quand vous aviez faim, vous enclenchiez le four.
C’est, en gros, toujours le cas aujourd’hui. À ceci près que si vous achetez un système photovoltaïque, si vous remplacez votre chauffage au fioul par une pompe à chaleur, si vous installez un contrôle de l’éclairage pour maison intelligente et si vous rechargez votre voiture et votre vélo électriques dans le garage, vous aurez soudainement fort à faire. D’autant plus que l’on doit, par exemple, se demander quel est le moment idéal pour utiliser l’énergie solaire permettant de charger la batterie de son véhicule ou quand chauffer l’eau pour dépenser le moins. En outre, les batteries des voitures ne se contenteront bientôt plus d’emmagasiner l’électricité nécessaire à leur conduite, mais serviront également à stocker celle utilisée pour la technologie domestique. La question sera: quand est-ce que je fais le plein d’électricité pour la maison afin de ne pas tomber par la suite en rade au milieu de l’autoroute?
Apprendre grâce aux récompenses
En tentant de gérer tout ça manuellement, il est très probable de ne pas en tirer le meilleur parti, car les prix de l’électricité changent constamment et les centrales solaires fournissent des quantités d’électricité différentes en fonction du temps.
Bratislav Svetozarevic, chercheur au Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa), a donc développé une intelligence artificielle (IA) en mesure de contrôler tous les systèmes électriques et de chauffage de manière sophistiquée afin de répondre aux besoins des résidents. «Le programme recueille des données issues de toutes sortes de sources et les évalue», explique-t-il. Cela va des informations météorologiques aux capteurs présents dans et autour de la maison, en passant par l’heure de la journée et les habitudes quotidiennes des habitants. Plus il y a d’informations à disposition, plus le réseau neuronal de l’IA apprend vite. Après une phase d’apprentissage, celle-ci peut décider par elle-même quelles données lui sont utiles et lesquelles elle doit ignorer. Pour que l’IA apprenne rapidement et correctement, elle est récompensée par des points pour les décisions correctes qu’elle a prises, à l’instar d’un chien qui reçoit une friandise s’il s’est bien comporté.
Un baptême du feu réussi
Les propriétaires, eux aussi, seront récompensés, puisqu’un tel système devrait leur permettre d’économiser jusqu’à 25% d’énergie et de soulager leur porte-monnaie grâce à une consommation intelligente d’électricité, aux moments les plus avantageux. Cette forme d’IA n’est toutefois pas encore disponible sur le marché; une première version devrait faire son apparition d’ici à la fin de l’année, mais uniquement sous forme de licence destinée aux spécialistes de l’automatisation des bâtiments. Elle a par contre déjà passé son baptême du feu dans le bâtiment de recherche NEST de l’Empa, souligne Bratislav Svetozarevic. Il s’agit maintenant, d’après lui, de constituer une base de données suffisante pour que cette IA puisse s’adapter à toutes sortes de systèmes d’habitation.
Selon son inventeur, il a l’avantage de ne pas avoir besoin de faire appel à un ingénieur pour programmer le système de contrôle: il sait lui-même ce qu’il doit faire. «C’est comme apprendre à connaître une nouvelle personne», note le chercheur. Plus l’IA passe de temps avec les résidents, meilleure sera son appréciation de leurs besoins.
Einst hatte ein Haus vier Wände, ein Dach, Fenster und Türen, eine Heizung, einen Boiler, Küchenapplikationen und ein paar Stromanschlüsse. Man programmierte die Heizung auf Tages- und Nachtbetrieb, der Boiler wurde vom Elektrizitätswerk gesteuert, aus Vergesslichkeit liess man das Licht brennen und wenn man Hunger hatte, warf man den Ofen an.
Das ist im Grunde auch heute noch so. Nur: Wer sich eine Photovoltaik-Anlage anschafft, die Ölheizung mit einer Wärmepumpe ersetzt, sich ein Smart Home mit Lichtsteuerung einrichtet und in der Garage das Elektroauto und das E-Bike laden möchte, hat plötzlich alle Hände voll zu tun. Wann ist der ideale Zeitpunkt, mit dem Solarstrom die Autobatterie zu laden, wann ist am günstigsten, das Wasser zu heizen? Auch werden Autobatterien bald nicht nur Strom fürs Fahren speichern, sondern auch als Stromspeicher für die Haustechnik dienen. Wann zapfe ich den Strom fürs Haus ab, so dass ich später nicht mitten auf der Autobahn stehen bleibe?
Lernen dank Belohnung
Dies alles manuell zu steuern, ist kaum möglich. Und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, nicht das Optimum herauszuholen: Die Strompreise ändern laufend und Solaranlagen liefern je nach Wetter unterschiedlich viel Strom.
Abhilfe könnte eine Künstliche Intelligenz schaffen, die vom Forscher Bratislav Svetozarevic an der Empa entwickelt wurde: Die KI soll alle Strom- und Heizsysteme auf ausgeklügelte Weise und angepasst an die Bedürfnisse der Bewohnerinnen und Bewohner steuern können. «Das Programm sammelt Daten aus allen möglichen Quellen und wertet sie aus», sagt der Forscher. Das Spektrum reicht von Wetterdaten über Sensoren im und ums Haus bis hin zur Uhrzeit und den täglichen Routinen der Bewohner. Je mehr Daten zur Verfügung stehen, umso schneller lernt das neuronale Netzwerk. Die KI kann nach einer Lernphase selbst entscheiden, welche Daten nützlich sind und welche sie ignorieren soll. Damit die KI schnell und richtig lernt, wird sie bei richtigen Entscheidungen mit Punkten belohnt – ähnlich einem Hund, der fürs gute Benehmen ein Biskuit erhält.
Feuertaufe bestanden
Belohnt werden aber auch die Hausbesitzerinnen und -besitzer: Ein fertig ausgebildetes System soll bis zu 25 Prozent Energie sparen und wegen intelligentem Strombezug zu den günstigsten Zeiten das Portemonnaie entlasten. Noch ist die KI nicht marktreif; eine erste Version soll bis Ende Jahr als Lizenz für Spezialisten der Gebäudeautomation zur Verfügung stehen. Im Forschungsgebäude NEST der Empa hat die KI ihre Feuertaufe bereits bestanden, sagt Svetozarevic. Nun gehe es darum, genügend Datensets zu konstruieren, damit sie mit allen möglichen Gebäudesystemen klarkommt.
Das Schöne sei, so ihr Erfinder, dass es keinen Ingenieur brauche, der die Steuerung programmiert: Sie weiss selbst, was zu tun ist. «Es ist wie beim Kennenlernen einer neuen Person», sagt der Forscher. Je mehr Zeit die KI mit den Bewohnerinnen und Bewohner verbringe, umso besser lerne sie ihre Bedürfnisse kennen.
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Première publication:
23.4.2021
| Dernière mise à jour:
9.6.2021
Des cerveaux pour la maison
Le système de contrôle IA de l’Empa est conçu pour distribuer l’électricité de la meilleure façon possible. Il n’est pas nécessaire de le programmer, car il décrypte lui-même les besoins des résidents et s’adapte aux heures du jour et de la nuit. Pour apprendre, il utilise des données provenant de diverses sources. Plus il dispose d’informations, plus il peut contrôler avec précision le flux d’électricité.
Köpfchen fürs Haus
Die KI-Steuerung der Empa soll den Strom auf optimale Weise verteilen. Sie muss nicht programmiert werden, sondern lernt die Bedürfnisse der Bewohnerinnen und Bewohner selbst kennen und passt sich an Tages- und Nachtzeiten an. Um zu lernen, nutzt sie Daten aus unterschiedlichen Quellen. Je mehr Daten ihr zur Verfügung stehen, desto exakter kann sie den Stromfluss steuern.