It som grundudfor-dringen

I dag indbygges eller indlejres software i næsten alt, i stadigt mindre systemer og med minimalt forbrug af energi. Mere it gør vores samfund smartere, men gør også vores systemer mere komplekse – med større risiko for fejl. It er en forbundet grundudfordring, et underlag for alt andet, vi vil løse på, mener Kim Guldstrand Larsen, som udover indlejret software også forsker i at sikre de stadig mere komplekse it-systemer med ’modelbaseret udvikling’.

 - Det er faktisk svært at se et samfund, hvor indlejret it – it-i-alting – ikke spiller en helt central rolle, fortæller Kim Guldstrand Larsen, leder af Center for Indlejrede Software Systemer og direktør for InfinIT.

 - Det er derfor meget godt, man har de her udfordringer, fortsætter han, med henvisning til de hovedudfordringer, beskrevet i FORSK2020, som forskningen herhjemme gerne skulle arbejde med fremover:

 - Men hvis nu vi kan se, at i dem alle sammen er it rigtig vigtigt, så skal vi jo forstå at investere i it. Ikke bare som en given teknologi, men som noget, der hele tiden ændrer sig. Vi skal være dygtige til at udvikle it, og vi skal være dygtige til at anvende it – sådan som den er på et givet tidspunkt.

 - Så det kunne faktisk være rart, hvis der i sig selv var en grand challenge, der hed it,” siger han.

Smartere systemer, større kompleksitet – og risiko

Ifølge Kim Guldstrand Larsen går it med andre ord på tværs af de udfordringer, vi står over for som samfund: it er en slags underliggende grundudfordring – noget, der kobler ind i alle områder og temaer.

   Blandt andet fordi it jo efterhånden findes overalt: den integreres mere og mere i vores hverdag, vi bruger den i flere og flere sammenhænge – og vi er mere og mere afhængige af den. Ikke mindst af, at den rent faktisk fungerer efter hensigten – også når kompleksiteten i systemerne stiger, og risikoen for at noget går galt dermed også vokser.

   Kim Guldstrand Larsens egen forskning arbejder på en måde fra begge sider: dels med at indlejre it i vores hverdag og gøre den smartere. Og dels med at sikre funktionsdueligheden og sikkerheden i de dermed også mere komplekse systemer.

   Tingene hænger sammen. 

Indlejret software i næsten alt

Hovedfeltet for Kim Guldstrand Larsens forskning hedder indlejret software.

   Indlejret software vil sige software, der er bygget ind i mekaniske apparater, hvor den er med til at styre, overvåge og kontrollere, hvad den er en del af.

   Den indlejrede software giver i forhold til mekanik eller almindelig elektronik langt flere egenskaber og anvendelsesmuligheder i et apparat eller et system – tingene bliver mere ’intelligente’ og stabile.

   Potentialet er ekstremt stort og bredt: den indlejrede teknologi kan efterhånden designes til at fylde nærmest ingenting. Og til at bruge et minimum eller slet ingen energi – det vil sige være selvforsynende. Teknologien kan tænkes ind i løsninger på stort set alle områder og i stort set alle udfordringer – oplagt i fx grøn vækst eller sundhedsteknologi.

   I fremtidens energisystem kan indlejret software fx være med til at styre en række funktioner i det intelligente hjem, som lys, varme og vaskemaskine – og hvornår på dagen, der trækkes grøn og billig energi fra et eventuelt smart energigrid.

   På sundhedsområdet kan den være med til at distanceovervåge pacemakerpatienter – og måske batteriløse pacemakere, som med indlejret software selv høster energi fra hjertets bevægelser. Eller softwaren kan tænkes ind i personlige sundhedstjek, biometriske målinger, måske med resultater vist på en iPhone.

   Der er i det hele taget masser af muligheder i teknologien, fortæller Kim Guldstrand Larsen. Og vi er nærmest kun begyndt at tage fat på dem.

Den modelbaserede udvikling – undgå fejl, forsinkelser og ’deadlock’

Men jo mere it udbredes og bygges ind i vores hverdag – især hvis vi samfundsmæssigt satser på den – jo mere fornuft er der selvfølgelig også i, at teknologien udvikler sig hensigtsmæssigt.

   It-systemerne bliver med Kim Guldstrand Larsens ord efterhånden ’enormt komplekse’.

  - Fordi kompleksiteten i systemerne stiger, vokser sandsynligheden også for, at der på et eller andet tidspunkt vil gå et eller andet galt, siger han.

   Dén udfordring – at vi bliver bedre til at sikre os, at it og komplekse systemer faktisk virker efter hensigten – arbejder han med i det, der hedder modelbaseret udvikling.

   Modelbaseret udvikling vil sige, at man ud fra designmodeller præcist kan analysere og beregne, hvordan et system kommer til at virke. Og helst inden det tages i brug.

   Som illustration nævner Kim Guldstrand Larsen, at hvis man vil bygge en Femern-bro, er det fornuftigt at lave nogle designmodeller først, for at finde ud af, hvad broen kan tåle af belastninger i alle tænkelige situationer. Det samme kan man gøre for it-systemer: simpelthen lave systemmodeller, som man med det rigtige metodeværktøj grundigt kan analysere på: hvor meget kan systemet tåle, hvor meget energi vil det bruge, vil det blive færdig til tiden?

It som vores nervesystem

I bremsesystemet på en bil er det fx ret vitalt, at signalet, der skal slå ABS-systemet til, fungerer, når man har brug for det.

   En bil i dag har flere hundrede små computere indbygget, fortæller Kim Guldstrand Larsen. Alle med tyve-tredive delfunktioner, som hver især er meget sikkerhedskritiske, og som alle ’konkurrerer’ om opgaverne på computerne. Rammer bilen et træ, skal airbaggen fx udløses inden for få millisekunder, og helst ikke gå i venteposition, fordi en anden del af bilens system er gået på nettet for at hente nye kort til GPS’en.

   Kim Guldstrand nævner også IC4-togene som et spektakulært eksempel på, at noget kan gå galt i systemdesignet, med store konsekvenser. Eller meget værre: det kinesiske højhastighedstog, som sidste sommer i Wenzhou blev ramt bagfra af et efterfølgende tog og derefter afsporede i en kæmpeulykke med 40 omkomne, sandsynligvis på grund af en softwarefejl.

   Hele vores kommunikationsinfrastruktur er en it-infrastruktur, som eksempelvis det globale økonomiske system er en del af. Og i hele den måde energi i dag handles mellem lande på, er nervesystemet it.

Strategisk fordel i at kunne dokumentere it-sikkerhed

Metodeværktøjer i den modelbaserede tilgang kan analysere og regne på ekstreme mængder data og fange sikkerhedskritiske ’cornercases’ – altså alle og også ekstreme tilfælde. Det kunne fx være i vigtig aftestning af medicinsk udstyr til diabetespatienter eller respiratorer.

   Alene det, at fx en dansk respiratorvirksomhed kan dokumentere stor dygtighed og sikkerhed i præcis aftestning af teknologien er en strategisk fordel, ikke mindst på eksportmarkeder. 

   Den modelbaserede tilgang kan spare store mængder udviklingstid. Og den kan desuden bruges til at planlægge, hvornår hvad skal ske hvornår i et system, så energiforbruget i det færdige produkt minimeres.

Få styr på IKT

Med andre ord ligger der også et stort potentiale i simpelthen præcist at kunne sikre, at it-teknologien fungerer og er sikker. Noget, der er helt fundamentalt, og noget af det, InfinIT også gerne skal være med til at understrege, mener Kim Guldstrand Larsen:

 - Noget af det, jeg gerne vil lykkes med, er at gøre det tydeligt,  hvor vigtigt det er, at man får styr på sin IKT. Hvis ikke vi løser den udfordring, så kan vi ikke løse alle de andre udfordringer. Så det er en grundlæggende grand challenge,” siger han. 

Kim Guldstrand Larsen er professor ved Institut for Datalogi på Aalborg Universitet. Han sidder i InfinITs styregruppe.