Архив Галактики

Интернет вещей своими руками

Блог методиста / 24.04.2016

В речь современного человека всё активнее входят такие термины как "умные вещи", "Интернет вещей", "мейкерство"... Но всегда ли мы понимаем, что это такое и можем ли донести до школьников суть этих понятий? Как на практике познакомить ребят с "умными" вещами? Как развивать мейкерскую культуру?


Еще совсем недавно, когда говорили о компетенции в области ИКТ, речь шла лишь об умении применять информационно-коммуникационные технологии для решения житейских, учебных и профессиональных задач. Сегодня речь ведут о навыках поведения в цифровой среде. На смещение приоритетов оказал влияние переход на 4 этап развития Интернета - в эпоху Интернета вещей.

Историю Интернета можно разделить на 4 этапа. Сегодня наиболее освоен и применяется в повседневной жизни 2 этап - Web 2.0 . Фактически мы находимся на 4 этапе развития Интернета - Интернет вещей (Internet of things, IoT).

Что такое интернет вещей
Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — этап эволюционного развития Интернет. Это концепция, в рамках которой физические объекты оказываются не только подключенными к мировой сети, но начинают сами генерировать контент.

Интернет вещей — момент времени, когда количество "вещей" или материальных объектов, подключенных к Интернету, превысило число людей, пользующихся "всемирной паутиной". В январе 2009 года группа исследователей замерила объемы маршрутизируемых данных в Китае за период с декабря 2001 года по декабрь 2006 года с 6-месячными интервалами. Исследование показало, что, подобно закону Мура, объем трафика в Интернете удваивается каждые 5,32 года. На основе этого показателя, а также количества устройств, подключенных к Интернету в 2003 году - 500 млн. и данных о населении земного шара (по информации Бюро переписи населения США), специалисты рассчитали количество подключенных устройств на душу населения. Уточнив затем эти цифры, исследователи сделали заключение о том, что Интернет вещей «появился на свет» в промежутке между 2008-2009 годами.


Термин «интернет вещей» придумал в 1999 году Кевин Эштон. Для компании Procter & Gamble он предложил для повышения эффективности системы управления логистическими цепями заменить штрихкоды на товарах и работников, которые считывали эти штрихкоды с помощью сканеров, на систему электронных меток. Если нанести на предмет такую метку, то, как только контейнер или даже отдельный флакон шампуня попадет на склад, вы про нее узнаете все: где именно она находится, какой у нее срок годности и т.д. То есть, идея заключалась в том, что базу данных о вещах, хранящихся на складе, будут генерировать не люди, считывающие штрихкоды, а сами вещи.

Суть Интернета вещей: объекты могут обмениваться информацией через интернет или по другим каналам и управляться автоматически, без вмешательства человека. Яркий пример: Яндекс.Пробки

Многие водители в пользуются Яндекс.Картами и Яндекс.Навигатором. Мобильные устройства передают свои координаты, направление и скорость в Яндекс. Данные поступают в специальную программу, которая самостоятельно уточняет трэки, накладывая их на подробную городскую схему — на случай, если GPS-приемник допустил погрешность и показал, что машина оказалась, например, в сквере. Каждые две минуты полученная от пользователей информация объединяется в одну схему, которая отображается у водителей в приложении: Яндекс.Навигатор получает информацию о пробках и автоматически предлагает водителю альтернативный маршрут. Мобильные устройства, автомобили, серверы и программы Яндекса общаются по сети без вмешательства человека (если не считать того, что человек запускает приложение и управляет машиной) — это и есть интернет вещей.

Интернет вещей позволит изменить парадигму достижения результата: задаются цели, а не способы их достижения. Умный интернет вещей - это:
- постоянная поддержка человека предметами, которые его окружают;
- прозрачность процессов, ориентация на результат;
- говорить вещам не как надо делать, а что должно получиться.

Интернет вещей: критически важный фактор развития человечества
Интернет вещей значительно расширяет возможности сбора, анализа и распределения данных, которые человек может превратить в информацию, знания.
Население Земли продолжает расти, поэтому нам нужно все рачительнее использовать природные ресурсы. Кроме того, люди хотят не просто существовать, а жить полнокровной жизнью в здоровой и удобной среде, создавая такую же среду для своих родных и близких. Возможности Интернета вещей в области генерирования, сбора, передачи, анализа и распределения данных в мировом масштабе позволят человечеству в конечном итоге получить знания и мудрость, которые необходимы не только лишь для выживания, но и для настоящего процветания на протяжении веков.

Направление развития Интернета вещей:
- Индустриальная телеметрия (для оптимизации технологических процессов; для контроля транспорта; для ресурсосбережения).
- Телеметрия в здравоохранении (для контроля самочувствия и занятий спортом; наблюдение за пациентами).
- Системы безопасности.
- Системы домашнего комфорта.
- Городские сервисы и умные здания.

Интернет вещей - это мультиагентные технологии.

Каждому участнику из реального мира (т.е. каждому человеку и каждому устройству) ставится в соответствие программный агент — объект с некоторой степенью интеллектуальности, представляющий его интересы в мире виртуальном.

Виртуальный мир можно назвать в некоторой степени улучшенной копией нашей жизни: там есть те же участники, которые чаще всего следуют заранее установленным и известным правилам, предоставляя достоверные ответы на заданные вопросы, честные и открытые.

При этом взаимосвязь реального и виртуального миров двунаправленная:
1. решения из виртуального мира отдаются в реальность для исполнения,
2. все события реального мира (очень часто непредвиденные) отражаются на мире виртуальном.

Как живут и работают агенты? Жизненный цикл агентов довольно прост:
- Сначала они воспринимают информацию из внешнего мира.
- Потом ее обрабатывают, т.е. планируют некие действия.
- Выполняют действие - отдают соответствующие команды в реальный мир.

Таким образом, в нашем “умном” доме агент человека постоянно общается с агентами кофеварки, лампочек и прочих вещей — отдавая им команды и обмениваясь информацией.

Давайте рассмотрим на примере трех вариантов поведения человека при восполнении запасов стирального порошка. По сути это переход от привычного действия к автоматизации и "интернету вещей".

Первый вариант - оффлайн: допустим, человек хочет запустить стирку. Он загружает вещи в стиральную машинку, хочет засыпать порошок и понимает, что его не хватит для стирки. После чего идет в магазин, покупает порошок и вновь пытается запустить стирку. Хорошо еще, если кондиционер для белья у него есть и в магазин больше идти не надо.

Второй вариант - автоматизация процесса. Когда вы запускаете стирку и видите, что осталось мало порошка, то нажимаете на «умную кнопку», которая запрограммирована на покупку конкретного порошка. Онлайн магазин получает заказ на доставку порошка.

Третий вариант - взаимодействие агентов - Интернет вещей.

Смоделируем эту ситуацию (второй и третий варианты) с точки зрения агентов. Каждый агент знает всю информацию о своей физической сущности. Тогда агент стирального порошка попросит закупиться им еще до того, как запасы будут исчерпаны. Как он попросит? Скорее всего, он попадет в очередь к агенту покупок и куплен будет именно тогда, когда у человека будет физическая возможность его принести — или даже будет заказана доставка, без участия человека.



Примеры "интернета вещей"

Контактные линзы, которые одновременно измеряют уровень сахара в крови. В линзу встроен тонкий кристалл беспроводной связи и миниатюрный датчик для измерения уровня глюкозы. Такая система способна заменить современные системы мониторинга, которые медленно работают и не слишком удобны.



Носимый воздушный фильтр Hand Tree делает человека немного кибергом по внешнему виду, но позволяет очищать воздух вокруг себя от дыма, загрязнений, пыли и т.д. Конечно, один человек не сможет очистить всю планету, но сообщество деревьев (Hand Tree – наручное дерево) образует лес, в котором дышать будет намного лучше.



Автокресло для детей. В США каждые 9 дней повторяется сценарий, когда родители оставляют детей в горячей машине. Автокресло мониторит ряд показателей микроклимата машины. В случае повышения определенных показателей, например, повышение температуры выше критичной отметки, подает сигнал в МЧС, отправляет СМС родителям и ближайшему полицейскому о том, что ребёнок в опасности.



Коробка для лекарств, которая присылает человеку напоминание, если он не принимает лекарство вовремя. Датчики фиксируют, когда таблетка или миллилитр жидкости пропадает из коробки. Если в нужное время этого не происходит, коробка начинает мигать и подавать звуковые сигналы. Одновременно на телефон больного поступает сообщение или звонок с напоминанием. При этом человеку предлагается указать причину, почему именно он пропустил прием. Данные поступают лечащему врачу.

Магазин одежды и аксессуаров Dandy Lab открылся в центре Лондона в августе 2015 года. На стенах висят экраны — большие и маленькие: вы подносите пиджак к терминалу, и на экране появляется все, что вам нужно о нем знать. Вы надеваете пиджак на себя, встаете перед другим экраном, и там появляется изображение — к пиджаку такого цвета и покроя отлично подойдет вот такая сумка. Этот совет дается не наобум, а на основе ваших снимков в новом пиджаке, полученных с веб-камеры. В магазине используют технологии, которые позволяют по ботинкам покупателя примерно определить его пол, возраст, социальное положение и предпочтения в одежде. В следующий раз, когда человек пройдет мимо экрана с новыми предложениями, там появится реклама — и хипстер увидит там модные кеды. Это важно не только для хипстера, но и для владельцев магазина: очевидно, что такой персонифицированный подход к продвижению товаров гораздо эффективнее.



Составные элементы:
- «Умный пол». С помощью датчиков «Умный пол» фиксирует появление и все дальнейшие передвижения покупателя по магазину. Его обувь снимает цифровая камера. Данные о поведении человека по сети передаются в аналитические системы.
- Классификатор пользователя и Рекомендательная система. Аналитические системы по поведению и обуви определяют профиль клиента. Предиктивный анализ позволяет предсказать его предпочтения. Рекомендательная система формирует набор товаров, который будет наиболее интересен этому конкретному покупателю. На основе предварительно настроенной маркетинговой политики и анализа запасов магазин вырабатывает для него свое специальное предложение.
- «Умная одежда» и реклама в магазине. С помощью адресной рекламы магазин обращает внимание покупателя на наиболее интересные для него товары. Магазин предлагает специальные скидки и стимулирующие покупку бонусы.
- Анализ. Маркетолог и любые другие сотрудники магазина получают в online-режиме все данные и аналитику о поведении покупателей. Это позволяет максимально оперативно управлять торговой точкой и менять ее работу на основе реальных интересов клиентов.

Мастерские "Интернет вещей своими руками"

Компания Intel разработала мастерскую для школьников "Интернет вещей своими руками" по созданию робота-рисовальщика Plottergram. В течение 1,5-2 часов школьники 8-11 классов знакомятся с понятием "интернет вещей" (умная вещь), осваивают алгоритм и создают умную вещь.
Механические элементы робота проектируются и затем печатаются на 3D принтере. Мозг умной вещи - плата Intel Edison, которая подключена к облачной среде интернета вещей. Правило (т.е., как надо делать) задаётся с помощью сервис программирования Node-Red.
На мастерской ребята собирают робота-рисовальщика Plottergram, подключают запрограммированную заранее плату Intel Edison к Wi-Fi, тестируют робота и настраивают точность движения "рук" робота. На завершающем этапе программируют робота, т.е. задают правило - "каждые 30 секунд проверять указанный почтовый ящик; если пришло письмо с указанной в правиле темой, то робот должен нарисовать пиктограмму конверта".



Таких мастерских проведено уже довольно много. Какие главные результаты?
- Формируется чёткое и правильное понимание сути "интернета вещей".
- Осознается алгоритм создания умной вещи.
- Создается умная вещь и анализируется принцип её работы.

И главное - радость познания и восторг от присоединения к касте мейкеров.

В Пскове на XXIII региональной конференции "ИКТ-компетенции современного педагога" такую мастерскую провели для учителей. Взрослые работали с таким же энтузиазмом и радостью, что и дети.



В альбом собраны некоторые фотографии с мастерских в Москве, Санкт-Петербурге и Пскове.


Кто такие мейкеры и почему мейкерское движение - важнейшее направление в подготовке современных специалистов в области высоких технологий, в следующем посте.

Материалы по теме:
- Введение в технологию Intel® Edison. Книга новичка
- Maker Faire в Риме: стенд Intel
- Умные вещи на выставке Maker Faire в Риме

Список литературы:
- Умный интернет вещей — кто он и с чем его едят?
- Как интернет вещей меняет вообще все?
- Интернет медицинских вещей или Интернет вещей в здравоохранении
- Познай Intel® Edison