Hoe kan Design Thinking de Onderwijspraktijk in de Ingenieurswetenschappen Veranderen?

Het concept van design thinking is door de jaren heen steeds relevanter geworden, niet alleen in de wereld van productontwikkeling, maar ook in het onderwijs en de ingenieurswetenschappen. Het biedt een iteratieve benadering waarbij de focus ligt op het begrijpen van de behoeften van de gebruiker, het ontwikkelen van mogelijke oplossingen, en het testen van prototypes om zo tot een optimalisatie van het product of de oplossing te komen. Het proces is niet slechts een lineaire opeenvolging van stappen; het is een dynamisch proces van herhaalde evaluatie en aanpassing, dat leidt tot een steeds beter begrip van zowel het probleem als de mogelijke oplossingen.

Dit proces, hoewel complex, biedt de mogelijkheid om met verschillende mogelijkheden te experimenteren en potentiële problemen vroegtijdig in de ontwerpfase te identificeren. Prototypes worden in verschillende fasen van de ontwerpcyclus getest, en telkens wanneer feedback van gebruikers wordt verzameld, wordt deze toegepast om het probleem verder te herdefiniëren en de oplossing aan te passen. Het proces is zowel abductief, inductief als deductief: het begint met het begrijpen van het probleem, dan volgt het onderzoek naar manieren om het probleem op te lossen, en eindigt met het realiseren van een oplossing die daadwerkelijk voldoet aan de verwachtingen van de gebruikers.

Wat dit proces zo krachtig maakt, is de integratie van het perspectief van de gebruiker in elke stap van de ontwikkeling. Het richt zich niet alleen op de technische aspecten van het probleem, maar ook op de ervaringen, behoeften en voorkeuren van de gebruikers. Dit maakt design thinking bij uitstek geschikt voor het onderwijs in ingenieurswetenschappen, waar de nadruk vaak ligt op technische kennis en probleemoplossing, maar de menselijke factor vaak buiten beschouwing blijft.

Een voorbeeld van het succes van design thinking kan worden gevonden in het verhaal van AirBnB. In 2009 verkeerde het bedrijf op de rand van faillissement. De oprichters realiseerden zich dat het probleem niet de prijs of het aanbod was, maar het gebrek aan visuele aantrekkingskracht van de advertenties. De foto’s van de accommodaties waren vaak van lage kwaliteit, vaag, of niet goed gepositioneerd. Door in te spelen op de klantbehoeften, begonnen de oprichters zelf hogere kwaliteit foto’s te maken, en het resultaat was verbluffend: binnen een week verdubbelde de omzet. Dit besef van het belang van het begrijpen van de gebruiker, en het aanpassen van het product aan hun verwachtingen, was de sleutel tot het succes van AirBnB.

Dit principe van empathie is cruciaal in design thinking. Het gaat niet alleen om het oplossen van een probleem, maar om het oplossen van een probleem voor een specifieke groep mensen. Het is deze benadering die het proces zo effectief maakt. Een voorbeeld hiervan wordt gegeven door het ontwerp van een reeks postkaarten die de concepten van design thinking uitleggen. Hoewel de kaarten esthetisch aantrekkelijk zijn, vergeten ze in enkele gevallen de kernprincipes van design thinking: de behoefte om empathie te tonen. In sommige gevallen is de leesbaarheid van de kaarten zelfs in het geding door onjuiste contrasten en onvoldoende aandacht voor de gebruiksvriendelijkheid van het ontwerp. Dit is een simpel voorbeeld van wat er mis kan gaan wanneer de essentie van design thinking niet wordt toegepast, zelfs bij het ontwerp van educatief materiaal.

Een ander belangrijk punt is de integratie van design thinking in de onderwijsprogramma’s voor ingenieurs. Twintig jaar geleden, toen ik zelf ingenieur studeerde, was design thinking nauwelijks een onderdeel van het curriculum. Het onderwijs was sterk gericht op technische vaardigheden, theorie en het oplossen van goed gedefinieerde problemen. Dit was vaak een proces van rote learning – feiten en formules werden uit het hoofd geleerd en gereproduceerd zonder veel ruimte voor creatief denken of het betrekken van de gebruiker. Mijn kennismaking met human-computer interactie in het derde jaar van mijn studie was voor mij een keerpunt. Hier ontdekte ik de waarde van iteratieve ontwerpen en gebruikersgericht probleemoplossen. Het was dit inzicht dat mijn interesse in ingenieurswetenschappen opnieuw aanwakkerde en me een beter begrip gaf van het type probleemoplossing dat ik wilde nastreven.

In 2020 werd voor het eerst een cursus design thinking geïntroduceerd aan de University of New South Wales, waar studenten in hun tweede jaar nu verplicht worden om design thinking toe te passen op echte wereldproblemen. Het is interessant om te zien hoe studenten, vaak met de verwachting dat ze deze cursus makkelijk zullen doorlopen, geconfronteerd worden met de complexiteit van de problemen. Ze ontdekken al snel dat de aard van de problemen veel breder en vager is dan de technische vraagstukken die ze gewend zijn op te lossen. Deze ervaring vormt voor velen een keerpunt, net zoals het voor mij het geval was.

Design thinking speelt in op een belangrijk aspect van ingenieursonderwijs: het bruggen slaan tussen theoretische kennis en praktische toepassingen. Waar traditionele ingenieursopleidingen vaak gefocust zijn op technische aspecten, legt design thinking de nadruk op de menselijke factor. Het idee is niet alleen om technische oplossingen te vinden, maar om oplossingen te creëren die daadwerkelijk waarde toevoegen voor de gebruikers. Dit proces stimuleert samenwerking, empathie en iteratie – drie elementen die niet alleen van belang zijn voor ingenieurs, maar ook voor effectieve leerstrategieën. Het idee van iteratie sluit aan bij het concept van een groeimindset, waarbij leren wordt gezien als een continu proces van proberen, falen en verbeteren.

Design thinking in het onderwijs zorgt voor een verfrissende benadering van leren. Het laat studenten kennismaken met het idee dat fouten maken een essentieel onderdeel is van het leerproces. In plaats van snel naar de ‘juiste’ oplossing te streven, worden studenten aangemoedigd om verschillende benaderingen uit te proberen, feedback te verzamelen en hun ideeën voortdurend te verbeteren. Dit kan niet alleen leiden tot betere leerresultaten, maar ook tot een grotere mate van veerkracht en creatief probleemoplossend vermogen bij studenten.

Endtext

Hoe hardwarebeveiliging de toekomst van digitale apparaten beïnvloedt

In een wereld die steeds meer afhankelijk is van digitale technologieën, wordt het belang van hardwarebeveiliging steeds groter. Terwijl softwarekwetsbaarheden goed bekend zijn en vaak kunnen worden gepatcht, liggen de gevaren van hardwareaanvallen veel subtieler en moeilijker te verhelpen. Hardwarebeveiliging betreft niet alleen de bescherming tegen valse kopieën en hardware-trojaanse aanvallen, maar ook het waarborgen van de integriteit van de fysieke componenten die de fundamenten van onze digitale infrastructuur vormen.

Een van de meest verontrustende concepten van de moderne tijd is het idee van "Kill Switches" die verborgen kunnen zijn in elektronische apparaten. Deze kill switches, ofwel stille uitschakelaars, kunnen door cybercriminelen of zelfs nationale staten worden geactiveerd om systemen te saboteren of onbruikbaar te maken op het moment dat zij dat willen. Het idee dat een auto plotseling kan stoppen doordat de remmen niet meer functioneren, of dat kritieke militaire apparatuur uitvalt zonder waarschuwing, is een scenario dat de potentie heeft om catastrofale gevolgen te hebben. In 2007 werd gerapporteerd dat Israëlische gevechtsvliegtuigen in staat waren om het Syrische luchtafweersysteem te misleiden door een aanval op de toeleveringsketen van microchips, waardoor radarapparatuur niet in staat was om de vliegtuigen te detecteren.

De dreiging van hardwareaanvallen is niet beperkt tot militaire toepassingen. De infrastructuren die de moderne samenleving aandrijven, zoals communicatienetwerken, financiële markten, en zelfs onze persoonlijke apparaten, kunnen kwetsbaar zijn voor dergelijke aanvallen. Hardware-trojaanse aanvallen kunnen doelbewust verborgen veranderingen in de ontwerpen van elektronische componenten introduceren, met ernstige gevolgen voor de functionaliteit van de apparaten en hun vermogen om hun beoogde taak te vervullen.

Het concept van hardwarebeveiliging is relatief nieuw in vergelijking met softwarebeveiliging, en heeft te maken met de fysieke bescherming van de apparaten die we dagelijks gebruiken. Van smartphones tot vitale infrastructuursystemen, de microchips en printplaten die deze apparaten aandrijven, kunnen op talloze manieren worden beïnvloed door kwaadwillige actoren. Het probleem is dat, in tegenstelling tot softwarekwetsbaarheden, hardware-aanvallen veel moeilijker te detecteren en te verhelpen zijn. De hardheid van het probleem komt doordat hardwareaanvallen meestal fysieke componenten betreffen, die niet gemakkelijk op afstand kunnen worden gepatcht of vervangen.

Een belangrijk aspect van hardwarebeveiliging is de bescherming tegen vervalsingen. Het probleem van vervalste elektronica is een breed erkende uitdaging in de moderne industrie. Vervalsingen kunnen leiden tot slechte kwaliteit, storingen in kritieke systemen en zelfs veiligheidsrisico’s. De opkomst van goedkopere, laagwaardige imitatieonderdelen vormt een aanzienlijke bedreiging voor zowel producenten als consumenten. Naast de vervalsingen vormt de dreiging van zogenaamde hardware-trojans een andere significante bedreiging, waarbij schadelijke wijzigingen worden aangebracht in elektronische systemen die hun functionaliteit kunnen ondermijnen of, erger nog, fysieke schade kunnen veroorzaken.

De wereldwijde toeleveringsketens van elektronische componenten dragen in hoge mate bij aan de complexiteit van hardwarebeveiliging. Veel van de componenten in moderne elektronische apparaten worden geproduceerd in fabrieken over de hele wereld, voornamelijk in Azië, met Taiwan en China als de grootste producenten. Dit betekent dat de fabrikanten van elektronische apparaten vaak afhankelijk zijn van een lange keten van leveranciers, die allemaal moeten voldoen aan strenge normen op het gebied van kwaliteit en veiligheid. Deze globalisering van de productie brengt aanzienlijke risico's met zich mee, zoals de mogelijkheid dat schadelijke componenten onopgemerkt in apparaten worden ingebouwd.

Bijvoorbeeld, het ontwerp en de productie van geïntegreerde circuits (IC’s) en printplaten (PCBs) gebeuren vaak op verschillende locaties, en elk component heeft zijn eigen leveranciers en productieprocessen. Deze complexiteit verhoogt de kans op kwetsbaarheden in de hardware. Aangezien veel van deze componenten de ruggengraat vormen van onze vitale infrastructuren, van verkeerslichten tot militaire communicatiesystemen, maakt dit de veiligheid van hardware tot een cruciaal aandachtspunt voor zowel bedrijven als overheden.

In de toekomst zal de hardwarebeveiliging alleen maar belangrijker worden. Naarmate meer apparaten met elkaar verbonden zijn en het internet der dingen (IoT) zich verder ontwikkelt, zal de bescherming van onze fysieke technologieën essentieel zijn voor de bescherming van persoonlijke en nationale veiligheid. Fabrikanten moeten intensiever samenwerken met beveiligingsbedrijven om proactief maatregelen te nemen die hardwareaanvallen kunnen voorkomen. Het creëren van veilige en betrouwbare toeleveringsketens is een van de belangrijkste stappen in dit proces, evenals het implementeren van rigoureuze controles tijdens het ontwerp- en productieproces.

De gevolgen van hardware-aanvallen kunnen verder gaan dan financiële verliezen of gegevensdiefstal. Ze kunnen de fundamenten van hele samenlevingen verstoren, van de werking van regeringen tot de veiligheid van kritieke infrastructuren. Daarom is het essentieel dat de bewustwording rondom hardwarebeveiliging toeneemt, en dat er robuuste oplossingen worden ontwikkeld om zowel consumenten als bedrijven te beschermen tegen de risico’s die hardwareaanvallen met zich meebrengen.

Het is van cruciaal belang te begrijpen dat hoewel we vaak geconcentreerd zijn op het beveiligen van software en digitale platforms, de fysieke componenten die deze systemen aandrijven dezelfde mate van bescherming vereisen. Het vraagt om voortdurende innovatie en samenwerking om een veiliger digitaal tijdperk te waarborgen.

Hoe moeten ethische kaders de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie sturen?

De toepassing van ethische kaders in kunstmatige intelligentie (AI) roept complexe vragen op die moeilijk te beantwoorden zijn, vooral gezien de verscheidenheid aan filosofische benaderingen die zich voordoen bij de beoordeling van menselijk en machinegedrag. Terwijl theorieën zoals utilitarisme en Kantiaanse ethiek vaak als referentiepunten dienen voor morele beslissingen, biedt de deugdethiek een andere benadering, waarin de focus ligt op de ontwikkeling van karakter en deugden, in plaats van op regels of de uiteindelijke gevolgen van acties. Het probleem waarmee we worden geconfronteerd, is dat deze filosofische benaderingen niet eenvoudig toepasbaar zijn op kunstmatige intelligentie, omdat AI-systemen niet beschikken over een moreel bewustzijn of morele deugden zoals mensen.

De deugdethiek, in tegenstelling tot utilitarisme en Kantiaanse ethiek, stelt dat moraal niet altijd kan worden gereduceerd tot een strikt afwegingsproces van regels of uitkomsten. De deugdethicus zou betogen dat hoewel de morele kwesties die door AI worden aangeraakt intellectueel indrukwekkend zijn, ze gevaarlijk simplistisch worden weergegeven als we proberen ze te reduceren tot eenvoudige, afgebakende ethische regels. Moraal is immers veelomvattend en soms ondoorzichtig. Dit is een belangrijk punt om te overwegen bij de ontwikkeling van ethische richtlijnen voor AI.

Het idee van ethische principes voor AI wordt steeds relevanter. Veel bedrijven, overheden en non-gouvernementele organisaties hebben hun eigen ethische kaders voor AI gepresenteerd. Deze kaders variëren van een focus op de bescherming van mensenrechten tot het waarborgen van veiligheid en transparantie. Zo introduceerde Google in 2018 haar eigen principes voor het gebruik van AI, waarin werd benadrukt dat AI sociaal voordelig moet zijn, dat onrechtvaardige bias vermeden moet worden en dat AI verantwoordelijk moet zijn tegenover mensen. Deze principes vormen een solide basis voor de verantwoorde ontwikkeling van AI, maar ze zijn niet zonder kritiek. Bijvoorbeeld, het streven naar wetenschappelijke uitmuntendheid is belangrijk voor de vooruitgang van wetenschap, maar dit raakt niet direct aan morele oordelen over de gevolgen van AI voor de samenleving.

In een andere benadering stelde het Amerikaanse ministerie van Defensie ethische principes op voor het gebruik van AI, die onder andere vereisten dat AI-systemen verantwoordelijk, betrouwbaar en bestuurbaar zouden moeten zijn. Dit brengt een ander belangrijk aspect van ethiek in AI naar voren: de balans tussen technologische kracht en de controle die we als samenleving uitoefenen over die technologie. De vraag blijft hoe we AI op een verantwoorde manier kunnen inzetten, zonder dat de risico’s van misbruik of ongewenste gevolgen te groot worden.

Een belangrijk concept hierbij is het zogenaamde trolleyprobleem, dat traditioneel wordt gebruikt om morele dilemma’s te testen. Dit ethische dilemma wordt steeds complexer wanneer het wordt toegepast op AI-toepassingen, zoals autonome voertuigen. Wat moet een autonome auto doen in een situatie waarin een ongeluk onvermijdelijk is? Moet de auto kiezen om de persoon te redden die het minste gevaar voor de samenleving vormt, zoals een jonge persoon, of is het ethisch verantwoord om te kiezen voor de minst schadelijke uitkomst in termen van aantal slachtoffers? De manier waarop autonome voertuigen geprogrammeerd worden om deze beslissingen te nemen, reflecteert de moeilijkheid van het vertalen van ethische theorieën naar werkbare protocollen voor AI.

De ethiek van AI vraagt ons ook na te denken over de implicaties van sociale status en identiteit in besluitvormingsprocessen. Als een voertuig de identiteit van mensen kan herkennen, bijvoorbeeld via gezichtsherkenning of mobiele apparaten, moet dit dan een relevant criterium zijn bij het nemen van ethische beslissingen? En moet elke auto met dezelfde ethische protocollen worden geprogrammeerd, of zouden verschillende typen voertuigen, bijvoorbeeld privévoertuigen versus noodvoertuigen, verschillende regels moeten volgen? Dit opent de discussie over de rol van persoonlijke keuze in de programmering van AI, evenals de mogelijkheid om deze protocollen aan te passen, net zoals cruise control in een voertuig.

De implementatie van ethische principes in AI is niet alleen een kwestie van het ontwerpen van veilige en eerlijke systemen, maar ook van het beheren van de onderliggende waarden die de beslissingen van deze systemen sturen. In de toekomst zal de discussie over de ethiek van AI waarschijnlijk blijven evolueren, en de toepassing van ethische kaders zal een cruciale rol blijven spelen in het vormgeven van de technologische vooruitgang.

Het is essentieel te begrijpen dat de ethiek van AI veel verder gaat dan de keuze tussen verschillende theoretische benaderingen. Het vereist ook een zorgvuldige afweging van praktische kwesties, zoals de verantwoordelijkheid voor de uitkomsten van AI-gedreven beslissingen, de transparantie van AI-algoritmen en de mogelijke vooroordelen die zich in AI-systemen kunnen insluiten. Dit vereist niet alleen technische kennis, maar ook een diepgaande ethische reflectie over wat het betekent om een ethische verantwoordelijkheid te dragen in een steeds meer geautomatiseerde wereld.