Интернет вещей: как умные устройства меняют наш быт

Холодильник общается с умной колонкой, автомобиль со светофором, а мусоровоз со свалкой — это не фрагмент из научно-фантастического рассказа, а примеры того, как интернет вещей (IoT) меняет мир. В этой статье рассказываем про технологию, благодаря которой у нас появились умные дома, удобный транспорт и продвинутая медицина.

Содержание

• Что такое интернет вещей
• История развития интернета вещей
• Как работает интернет вещей
• Примеры IoT-систем
• Плюсы и минусы технологии
• Перспективы развития IoT-технологий

Что такое интернет вещей

Интернет вещей (internet of things, IoT) — это сеть устройств, которые обмениваются друг с другом данными и командами без участия человека. Задача интернета вещей — сделать гаджеты более эффективными, расширить их возможности и упростить автоматизацию.

Яркий пример интернета вещей — умные лампочки. Их можно подключить к сети умного дома и управлять ими голосом или с помощью мобильного приложения. Также умные лампочки обмениваются данными с другими устройствами умного дома, например датчиками. Это позволяет создавать автоматические сценарии: если в комнате станет темно, то датчик отправит лампочке команду включиться.

Интернет вещей не ограничивается устройствами для дома. Технологию можно применить в любой сфере, в которой девайсы должны автономно собирать данные и передавать их на другие гаджеты в сети.

Например, в строительстве используют умные каски Proxgy. Они не только защищают рабочих от ударов, но и измеряют важные жизненные показатели, включая температуру тела, пульс и содержание кислорода в крови. Если значения станут критическими, то старший по смене получит уведомление и данные о местоположении строителя. А ещё в каске есть камера, динамик и микрофон для срочных звонков коллегам.

От вендинга с колой до умного тостера: история интернета вещей

В 1999 году британский инженер Кевин Эштон предложил использовать термин «интернет вещей» для сети радиочастотных меток, которая должна была помочь компании Procter & Gamble улучшить логистические цепочки. За много лет до Эштона изобретатели уже пытались реализовать концепцию интернета вещей.

Например, в 1982 году аспирант Университета Карнеги — Меллона вместе с коллегами модифицировал автомат по продаже кока-колы, чтобы тот отслеживал количество оставшегося напитка. Система фиксировала движение бутылок с помощью датчика света и передавала эту информацию по университетской сети. Благодаря этому можно было заранее узнать, что кока-кола скоро закончится, и вовремя пополнить запасы.

В конце 1980-х интернет вышел за пределы университетов и превратился в World Wide Web, Всемирную паутину. К 1990 году им пользовалось уже около 3 миллионов человек, что дало толчок к появлению новых IoT-устройств. Например, в том же году на интернет-конференции в Калифорнии показали прототип тостера, который можно было включать и выключать по интернету. Это было первое устройство, которое не просто передавало информацию по сети, но могло выполнять команды, полученные через интернет.

В 2000 году корейская компания LG представила одно из первых по-настоящему умных устройств — холодильник Internet Digital DIOS. Внутрь холодильника встроили камеру, которая отслеживала наличие продуктов. Если что-то заканчивалось, то на экране появлялось уведомление и предложение отправить заказ в магазин. Также система следила за свежестью продуктов и температурой на полках.

Экран холодильника можно было использовать в качестве телевизора, MP3-плеера, блокнота для заметок или цифровой книги рецептов. При этом умный холодильник со множеством функций потреблял в два раза меньше энергии, чем его менее продвинутые собратья.

Умный холодильник так и не стал популярным — главным образом из-за дороговизны. Тогда за него просили 20 тысяч долларов, а сейчас, с учётом инфляции, холодильник стоил бы не менее 36 тысяч долларов. Зато Internet Digital DIOS отлично справился с другой задачей — показал, что интернет вещей может сделать жизнь удобнее и легче.

В девяностых и нулевых вышло много устройств, которые, как и DIOS, задали вектор развития интернета вещей. Среди них были:

• Axis NetEye 200 (1996) — первая сетевая камера видеонаблюдения, которая передавала изображение по интернету, чтобы за происходящим можно было наблюдать из любой точки мира.
• RFID-метки (1996) — стикеры, которые прикрепляют к объекту, а потом считывают сканером, чтобы быстро выгрузить информацию об объекте в компьютер.
• Nabaztag (2005) — умный ассистент в виде зайца, который зачитывал входящие письма электронной почты, передавал прогноз погоды, сообщал цену акций на фондовой бирже и воспроизводил музыку в формате MP3. Он стал прообразом умных колонок.

• Fitbit (2009) — фитнес-трекер для отслеживания активности, качества сна и других жизненных показателей владельца. Он синхронизировал данные с облачным хранилищем, чтобы пользователь всегда мог просмотреть информацию со смартфона или ноутбука.

В 2010-х скорость сетевого подключения заметно выросла, электроника стала дешевле, а облачные вычисления — доступнее. Из-за этого количество IoT-технологий и продуктов резко пошло вверх. Появились умные дверные звонки, колонки, пылесосы, часы, ингаляторы, дорожные знаки, очки для рабочих, автономные сенсоры окружающей среды и множество других устройств.

Сейчас умные устройства стали частью жизни людей. Умные колонки управляют домашней техникой, датчики собирают информацию о микроклимате в комнатах, фитнес-трекеры анализируют физическую активность и создают программы тренировок, а IoT-камеры на дорогах сами обнаруживают нарушителей и выписывают штрафы.

Как работает интернет вещей

IoT-устройства отличаются и по функциям, и по тому, как они взаимодействуют с сетью. Единого стандарта или принципа работы нет. Но мы можем выделить несколько элементов, характерных для любых IoT-систем:

• Датчики и сенсоры. IoT-устройства получают данные об окружающем мире с помощью различных датчиков. Например, климатические системы собирают информацию о температуре, влажности и давлении.
• Технологии подключения. Полученные данные устройство передаёт на сервер или другие гаджеты в сети. Для этого используют привычные нам сети Wi-Fi, Bluetooth, GSM или специализированные протоколы, например LoRaWAN и Zigbee.

Читайте также:

Что такое Wi-Fi: объясняем простыми словами

• Облачные вычисления. Полученные данные надо где-то анализировать, обрабатывать и хранить. Сами IoT-устройства не могут справиться с этой задачей из-за низкой производительности, поэтому всю информацию они отправляют на сервер.

Читайте также:

Облачные сервисы: что это такое, какими они бывают и кому полезны

• Приложения. Данные с сервера отправляются в приложение, которое визуализирует информацию в виде графиков и позволяет управлять IoT-устройствами. Например, если вы едете в автобусе и сомневаетесь, выключили ли утюг, с умным домом достаточно открыть приложение и проверить график потребления умной розетки. Если утюг всё ещё работает, его можно выключить удалённо.

Примеры IoT-систем

Технологиям интернета вещей находят применение в любой сфере жизни, где нужно удалённо собрать данные без вмешательства человека, проанализировать их и передать команды другим гаджетам. Рассмотрим подробнее несколько таких сфер.

Умный дом

Технологию интернета вещей активно используют в умных домах. Это удобный и быстрый способ автоматизировать работу бытовой техники, чтобы не отвлекаться на житейские мелочи. Обычно умный дом состоит из колонки с голосовым ассистентом, мобильного приложения, хаба, датчиков и самих устройств.

Датчики собирают информацию о доме, например анализируют температуру и влажность в комнатах, отслеживают присутствие человека и количество света. Анализируя полученные данные, система управляет светом и бытовыми приборами. Например, если воздух в комнате стал слишком сухим, то автоматически включится увлажнитель.

Все датчики и устройства подключаются к специальному хабу, который связывает гаджеты в сеть Zigbee. Если нужно вмешаться в работу умного дома, то можно использовать голосовые команды или мобильное приложение. Например, робот-пылесос начинает уборку каждый день в полдень, но вечером ваш кот неудачно приземлился на цветок и рассыпал землю на пол. В таком случае можно попросить голосового ассистента начать внеплановую уборку.

Также в умном доме можно настраивать сценарии — цепочки действий, которые запускаются при выполнении определённых условий. Представьте, что вы просыпаетесь утром, шторы в спальне автоматически открываются, в коридоре включается приглушённый свет, чайник на кухне начинает кипятить воду, а голосовой ассистент сообщает погоду и запускает плейлист с бодрящей музыкой. Благодаря интернету вещей такие сценарии можно реализовать в любой квартире.

Устройства умного дома разрабатывают почти все крупные технологические компании. Например Philips производит серию умных лампочек Hue, а Xiaomi изготавливает практически все гаджеты — от датчиков до умных стиральных машин. В России системы умного дома развивают «Яндекс» и «Сбер». У компаний есть собственные умные колонки с голосовыми помощниками, датчики, лампочки, телевизоры, приложения и облачные платформы.

Есть и программные решения от компаний, которые не производят IoT-приборы, но разрабатывают системы для управления ими. Например, Google развивает систему Google Home, а Apple — Home app. Если не хотите зависеть от решений конкретной компании, то есть Home Assistant — открытая система для управления домашними IoT-устройствами.

IoT в медицине

Медицина — одна из самых перспективных сфер применения IoT. Это связано с тем, что медработники оперируют огромным количеством данных и вынуждены постоянно совершать однотипные операции.

Взять, к примеру, капельницу. Классическая капельница работает так: врач анализирует показатели пациента, выбирает подходящее лекарство, устанавливает капельницу, наполняет её определённым количеством жидкости, запускает. Через какое-то время приходит к пациенту, снимает показатели, решает, стоит ли добавлять ещё. Умная капельница может взять на себя часть этих задач. Например, предлагать врачу подходящую дозировку исходя из анализа показателей здоровья пациента.

Умные капельницы пока только тестируют, однако многие IoT-решения уже сейчас активно применяют в лечебном деле:

• Инсулиновые помпы. При лечении сахарного диабета пациенту надо постоянно следить за уровнем сахара в крови и не забывать подкожно вводить инсулин с помощью уколов. Для автоматизации этого процесса врачи устанавливают умные инсулиновые помпы. Они анализируют уровень сахара в крови, собирают историю измерений в приложении и вводят инсулин в соответствии с индивидуальным планом лечения.
• Глюкометры. Умные глюкометры синхронизируются с мобильным приложением и сохраняют данные об уровне сахара в крови, чтобы было проще отслеживать прогресс лечения.
• Контроль состояния новорождённых. Для самых маленьких пациентов есть умный носок Owlet Smart Sock. Это своеобразный фитнес-трекер в удобном формате для новорождённых. Носок надевается на ногу ребёнка и собирает данные о пульсе, уровне кислорода в крови и анализирует качество сна.
• Умные больницы. Передовые клиники используют IoT для оптимизации наблюдения за пациентами. Медицинские аппараты в таких больницах отправляют данные на сервер, чтобы врач в любой момент мог получить доступ к историям болезней, результатам анализов и назначенному лечению.
• Диагностика. Умный стетоскоп Eko Core помогает врачам слушать сердцебиение пациентов. Устройство сохраняет данные всех измерений в базу, чтобы в будущем можно было сравнить показания. Встроенная нейросеть анализирует информацию и предупреждает врача и возможных патологиях, например тахикардии.

Читайте также:

IT в медицине: инфраструктура, ML, расшифровка визуальной информации, диагностика

IoT в транспорте

Если вы живёте в большом городе, то точно видели электросамокаты на улицах — это тоже пример IoT-устройств. Все самокаты подключены к одной сети и постоянно передают данные о своём местоположении, уровне заряда батареи и статусе доступности. Благодаря этому пользователь может найти на карте ближайший самокат и арендовать его, а сотрудники — обслужить устройства, которые разрядились или вышли из строя.

IoT применяется и в традиционных видах транспорта. Например, автобусы оснащают GPS-трекерами, чтобы пассажиры могли отслеживать их местоположение на онлайн-картах. Это позволяет выйти из дома так, чтобы не пришлось долго ждать транспорта на остановке.

Ещё одна транспортная сфера, развитию которой помогает IoT, — логистика. Здесь интернет вещей позволяет автоматически отслеживать местоположение грузовых судов и контейнеров, микроклимат в грузовых отсеках и предупреждать о повреждениях. А ещё IoT упрощает учёт товаров на складах.

Современные автомобили с автопилотом — тоже часть городской экосистемы интернета вещей. Они в реальном времени получают данные со множества датчиков и камер, взаимодействуют с инфраструктурой города и могут вызвать спасателей и медиков в случае аварии. А ещё за состоянием автомобилей можно удалённо наблюдать с помощью мобильного приложения.

Преимущества и недостатки интернета вещей

У интернета вещей, как и у любой технологии, есть свои плюсы и минусы.

Преимущества IoT:

• Сбор данных в реальном времени. Умные устройства позволяют собирать множество полезных данных в реальном времени. Например, фермер может узнать, как поживают его посевы, во время отпуска на тропических островах.
• Повышение эффективности. Благодаря автоматизации можно оптимизировать рабочие процессы, чтобы меньше отвлекаться на бытовые или рутинные задачи.
• Экономия ресурсов. Также благодаря автоматизации можно уменьшить расходы на обслуживание больших систем. Если в офисе стоят умные камеры наблюдения и турникеты, то можно сократить штат охранников.

Недостатки IoT:

• Безопасность. IoT-системы можно взломать, и это их главная проблема. Представьте, что произойдёт, если злоумышленники перехватят управление умными автомобилями и устроят хаос на дорогах. Это спровоцирует множество аварий с жертвами среди населения.
• Конфиденциальность. Массовый сбор информации тоже играет на руку хакерам. Благодаря этому они могут узнать полный распорядок дня жертвы, проанализировать хронические заболевания и даже перенастроить медицинское оборудование.
• Дороговизна. IoT-устройства всё ещё дорогие. Например, умная лампочка стоит примерно в 8–10 раз больше обычной светодиодной. Не все готовы тратить больше денег на автоматизацию быта.
• Нет единообразия. Некоторые производители используют собственные протоколы связи для умных устройств, чтобы привязать пользователей к своей экосистеме.

Перспективы развития IoT-технологий

В 2024 году исследователи насчитали более 18 миллиардов IoT-устройств в мире. По их же прогнозам, к 2030 году это число вырастет до 40 миллиардов. Ожидается, что умные гаджеты станут более доступными, поэтому больше людей сможет себе их позволить.

Сейчас исследователи и разработчики рисуют такие картины ближайшего будущего:

• Автономные автомобили будут непрерывно обмениваться данными друг с другом, чтобы свести количество аварий к нулю.
• Капитаны смогут удалённо управлять кораблями, сидя в удобном офисе.
• Искусственный интеллект будет контролировать все системы умного дома, чтобы человеку всегда было комфортно и безопасно.
• Датчики будут использовать везде, где только можно, чтобы минимизировать трату энергии впустую.

Что из этого станет реальностью — пока сказать сложно. Зато можно точно спрогнозировать, что с ростом количества подключений будет расти и нагрузка на сетевую инфраструктуру. Справиться с этой нагрузкой помогут 5G-сети.

Другой важный вектор развития интернета вещей — технология edge computing, которая позволит IoT-устройствам самостоятельно обрабатывать данные и отправлять на сервер только то, что действительно нужно. Это позволит сократить задержку во время передачи данных и повысит скорость обработки информации.