Как умные дома и умные города изменят жизнь миллиардов людей по всему миру?
В вымышленном будущем из произведений фантастов люди живут в мире, полном абсолютно автономных устройств, наделенных интеллектом. Они могут самостоятельно выполнять важные для человека задачи: следить за состоянием систем жизнеобеспечения города, контролировать нарушителей и даже вовремя наполнять холодильник — и все без участия человека. Сегодня это стало реальностью благодаря технологии, получившей название «интернет вещей». С ее помощью человечество уже научилось создавать умные дома, а вскоре по всему миру появятся и целые умные города. Как развивался интернет вещей и почему он изменит жизнь человечества — «Лента.ру» рассказывает в рамках проекта «КиберРеальность».
Наставить на ум
«Когда беспроводные технологии достигнут пика своего развития, все вещи станут частью одного целого. Управлять ими можно будет с помощью прибора, который поместится в кармане жилета», — эти слова, звучащие очень современно, принадлежат вовсе не кому-то из новаторов XXI века вроде Стива Джобса или Илона Маска. Почти столетие назад их произнесНикола Тесла. Правда, ни сам изобретатель, ни его современники еще не знали, что так он описал одну из важнейших концепций будущего технологического развития — интернет вещей.
С того момента и до появления первого подобного устройства прошло почти шесть десятилетий. Большая часть этого времени ушла на то, чтобы в технологии под названием «интернет вещей» (Internet of Things, IoT) появился сам интернет. Точнее, возможность связывать человека и не наделенный искусственным разумом предмет в единую сеть, с помощью которой устройству можно передавать точные команды.
Две первые разработки, в которых использовалась эта идея, были весьма прикладными. Сначала студенты Университета Карнеги — Меллона, раздосадованные длинными очередями к единственному в кампусе автомату с Coca-Cola, поместили в него датчики, передававшие во внутреннюю сеть вуза данные о количестве оставшихся бутылок и температуре напитка. А спустя восемь лет на выставке Interop-1990 один из ведущих программистов мира Джон Ромки представил забавную, как ему показалось, безделушку: модифицированный тостер, с помощью которого можно было бесконтактно поджарить хлеб.
Ромки — отец-основатель сетевого протокола TCP/IP, на нем вот уже три десятилетия строится весь современный интернет. Тогда он вряд ли предполагал, насколько важным окажется его шуточное изобретение. Да и сама историческая демонстрация могла не состояться: обслуживавшие выставку рабочие пытались запретить эксперимент — в соглашении для участников конференции запрещалось готовить еду на выставочной территории.
Для далеких от прорывных технологий посетителей выставки эксперимент с тостером стал просто развлечением, но ученые сразу поняли, что имеют дело с крайне важной разработкой.
В 1990-х многие специалисты строили теории, как тостер Ромки изменит мир. В Кембридже повторили эксперимент сотрудников Университета Карнеги — Меллона, но уже с кофеваркой. Исследователи из Xerox предлагали внедрить компьютеры в каждый дом и объединить их в одну сеть. В Microsoft планы были не такими наполеоновскими: для начала там разработали платформу, которая позволяла управлять всей офисной техникой в отдельно взятой компании. Проект оказался очень дорогим и не пользовался успехом, поэтому в итоге был закрыт.
В 1999 году американец Билл Джой, стоявший у истоков разработки языка программирования Java, на экономическом форуме в Давосе предложил концепцию интернета будущего. В своей речи он предсказал появление мобильного интернета, чат-ботов, а также интернета вещей — нового способа коммуникаций между цифровыми объектами. Джой так его и назвал — Deviсe-to-device (устройство к устройству), но это название не прижилось
В том же году британский инженер Кевин Эштон выступил перед руководством корпорации Procter & Gamble и впервые произнес вслух словосочетание «интернет вещей».
Практически все следующее десятилетие ушло на то, чтобы разработать архитектуру IoT. Эштон, создавший впоследствии собственный исследовательский центр на базе Массачусетского технологического университета, оказался на передовой. Теоретикам тех лет очень помогло появление Wi-Fi и сверхдешевых компьютерных микросхем. Благодаря этому концепция интернета вещей окончательно сформировалась в том виде, в котором она известна сегодня и уже меняет мир будущего. В результате концепция окончательно оформилась и стала тем самым IoT, который призван изменить мир.
Глобальные сети
Концепция IoT предлагает объединить миллиарды устройств по всему миру в единые сети. Размеры этих сетей могут быть разными, но в конечном счете они, скорее всего, будут связаны в одну большую гиперсеть. Умными же предметы делает развитие искусственного интеллекта и связанного с ним машинного обучения. Последняя технология как раз отвечает за то, чтобы интеллект развивался, опираясь на свой опыт и опыт пользователей. Это происходит за счет специальных датчиков: они собирают огромное количество данных о состоянии тех или иных объектов и передают их некому центральному «мозгу». Обработка этих данных в режиме реального времени позволяет системам на базе искусственного интеллекта принимать моментальные решения. Именно объединение устройств в сети с помощью датчиков и делает мир умным, вещи — подключенными, а вселенную — одновременно и материальной, и цифровой.
Уже в 2010 году количество таких устройств вдвое превысило население планеты и достигло 12,5 миллиарда. Однако в то время устройства еще не понимали, что являются частью настолько глобальной сети.
Когда интернет вещей еще был идеей, его будущее в основном видели в бытовых устройствах. Поэтому в 1990-х и 2000-х по всему миру появились подключенные к сети холодильники и маленькие электронные кролики, которые будили хозяев по утрам и зачитывали им новости. Но к началу прошлого десятилетия технологией заинтересовались крупные корпорации. Вскоре интернет вещей воплотился в десятках успешных проектов. Экономически IoT оказался выгоден тем, что позволил при производстве товаров и предоставлении услуг отказаться от лишнего звена — человека.
Для полноценного развития интернета вещей была крайне важна скорость передачи данных и ширина каналов — именно поэтому об IoT так активно заговорили в последнее десятилетие, когда приблизилась эпоха 5G. Новый стандарт передачи данных позволил превратить идею, которая когда-то была художественным вымыслом, в реальные дорожные карты с четко прописанными целями и способами их достижения.
«В моем представлении интернет вещей — это прежде всего общение машин с машинами без участия человека, — объясняет Олег Новиков, начальник разработки IoT компании «АТБ Электроника», крупного игрока российского рынка оборудования для интернета вещей. — Мы живем в XXI веке, и то, что еще 20 лет назад казалось фантастикой, сейчас находит свое применение в повседневной жизни каждого человека. Айзек Азимов и братья Стругацкие много лет назад описали в своих фантастических романах тот мир будущего, в котором мы живем уже здесь и сейчас. Мы сегодня наделяем интеллектом машины, открывая тем самым двери любым смелым идеям, которые направлены на упрощение жизни человека».
Дороже золота
Технологии из фантастических романов советских писателей действительно активно развивают в современной России. По данным IDC (одной из ведущих аналитических и консалтинговых компаний мира), в 2020 году общий объем расходов на интернет вещей достиг почти 742 миллиардов долларов. Из-за пандемии развитие IT-сферы замедлилось, но, по прогнозам, в ближайшие пять лет российский рынок интернета вещей будет расти на 16,8 процента в год. Его общий объем, по данным Научно-технического центра Главного радиочастотного центра, к концу 2021 года составит 49,39 миллиарда долларов, а в 2024-м превысит 100 миллиардов.
Вырастет и количество подключенных устройств. Если в 2019 году их было около 7,6 миллиарда, то к 2030 году станет больше 24 миллиардов. Интернет вещей проникнет даже в дома престарелых. Губернатор Новгородской областиАндрей Никитин уже пообещал, что палаты для лежачих больных в 2021 году оборудуют системой «умный дом»: с помощью голосового помощника Алиса пациенты, которым сложно передвигаться, смогут включать и выключать телевизор, передвигать шторы на окнах.
В IDC приводят список отраслей, которые сейчас больше всего инвестируют в IoT. На первом месте — все виды промышленного производства и добычи ископаемых (с долей примерно в 30 процентов). За ними следуют транспорт и инфраструктура.
К 2025 году на шахте «Глубокая» рудника «Скалистый», принадлежащего «Норникелю», не останется ни одного человека. Опасную работу вместо людей будут выполнять механизмы с технологией IoT. Интернет вещей в промышленности (Industrial Internet of Things — IIoT) решает важнейшую задачу: сделать производство не просто максимально быстрым, но и безопасным. Ведь самый простой способ снизить травматизм на рабочих местах — убрать людей из опасных шахт и рудников.
Кроме того, многие предприятия устанавливают специальные IIoT-датчики на различные промышленные агрегаты, станки, котлы, ленты конвейеров, даже системы питания. Они не только самостоятельно находят проблемы, но и предсказывают их появление, анализируя незаметные человеческому глазу параметры, например, минимальные скачки напряжения или снижение трения между деталями.
Самая большая сеть датчиков IIoT создана на заводах «Сибура» в Томске и Тобольске — в нее входит около двух тысяч устройств. Их основная задача — удаленный контроль за важными для производства показателями. Например, чтобы поддерживать конкретную температуру труб и агрегатов, больше не нужно отправлять сотрудников в многочасовые обходы: установленные датчики автоматически передают все данные с оборудования операторам. За последние два года IIoT-инициативы сэкономили промышленному гиганту более 80 миллионов рублей и, что еще важнее, избавили людей от тысяч часов тяжелой и трудоемкой работы.
Интернет вещей появляется и в более консервативных областях, таких как сельское хозяйство. Например, МТС уже внедрил интернет вещей в коров. 250 животных, принадлежащих группе компаний «Деревенский молочный завод», проглотили небольшие датчики. Теперь они собирают всю информацию о животном: температуру, уровень кислотности в желудке, данные об активности.
Эта информация помогает понимать, не заболела ли корова, не собирается ли отелиться, и если да — то что с этим делать: как подготовиться к появлению телят, в каких количествах давать антибиотики и, самое главное, как это скажется на молоке. За рубежом такие датчики уже создали Huawei и SAP. В России проектами в сельском хозяйстве занимаются также «Мегафон» и «Билайн».
Оптимальный микроклимат
Интернет вещей применяют и в куда более бытовых сферах. К примеру, одним из самых успешных российских стартапов в области IoT считается ClimateGuard. Эта компания придумала универсальную платформу-конструктор, с помощью которой можно следить за климатом в помещении и управлять им. В процессе участвуют несколько устройств. Они оценивают микроклимат и создают оптимальные, то есть здоровые и безопасные, условия для жизни и работы. Пользователям доступны облачный сервис, Telegram-бот, различные интерфейсы передачи данных.
По данным исследований, в половине офисов плохой микроклимат. Ученые говорят, что из-за постоянного шумового загрязнения можно потерять до десяти лет жизни. Свою роль играют и содержащиеся в воздухе вредные вещества
генеральный директор ClimateGuard Владимир Ладыгин
Компактный и автономный прибор компании оценивает климат по девяти факторам и более чем по 23 параметрам. Среди них — не только температура и влажность, но и концентрация пыли и других опасных соединений, уровень освещенности, скорости потоков воздуха, напряженность электромагнитного поля.
Разработку можно применять не только в офисах. К примеру, ClimateGuard анализирует то, как климат внутри магазинов сети «ВкусВилл» влияет на поведение продавцов и покупателей. Интерес к технологии проявило и государство: сегодня ClimateGuard внедрили в нескольких городах, в том числе в Москве и Владимире. Платформа анализирует уровень выбросов от вредных предприятий и автомобильного трафика, а также общий уровень загрязненности атмосферы.
Разработка нашла применение даже на объектах, входящих в список ЮНЕСКО. Восемь архитектурных памятников оснастили специальными датчиками, которые собирают информацию о состоянии воздуха вокруг. Эти данные помогают местным властям понять, когда памятнику понадобится реставрация, и обосновать затраты на это.
«В компаниях с хорошим микроклиматом сотрудники оформляют на 35 процентов меньше больничных, чем их коллеги из “загрязненных” офисов. Кроме того, у них в 2,5 раза снижается вероятность образования тромбов из-за колебаний магнитного поля. Это данные ученых, узнав о которых, мы и приступили к разработке. Влияние интернета вещей на нее оказалось решающим», — заключает генеральный директор ClimateGuard Владимир Ладыгин.
Умные города, умные дома, умные люди
«Будущее уже наступило, просто в повседневной суете мы не замечаем, что, например, в кармане у каждого из нас лежит смартфон, благодаря вычислительным мощностям которого можно управлять космическим кораблем, — считает Олег Новиков из «АТБ Электроника». — Если говорить о перспективах развития интернета вещей в России на ближайшие десять лет, то сразу представляются умные города с умными домами, умным общественным транспортом и, конечно, умными людьми».
Несмотря на то что эта технология появилась не так давно, умным городом уже признали Москву. Сегодня в российской столице реализуется программа «Умный город 2030». Москва уже вошла в топ-7 умных городов мира, наряду с городами в Канаде, Австралии, Бразилии и Вьетнаме.
«В столице набирают популярность системы и сервисы умного дома, при этом расширяется их масштаб: от умной квартиры — к умному зданию и даже к целому кварталу. В Москве уже есть пилотный смарт-квартал в Марьино, объединяющий семь многоквартирных домов, две школы и детский сад», — говорит генеральный директор Агентства инноваций Москвы Алексей Парабучев.
В этих зданиях установлены умные счетчики тепла, воды и электричества, светильники, реагирующие на движение, смарт-система контроля доступа, а во дворе — контейнеры для раздельного сбора мусора с датчиками заполняемости и заправочные станции для электрокаров.
Кроме того, в Москве уже развивается интеллектуальная система видеонаблюдения, в которую помимо IoT интегрированы технологии компьютерного зрения. С ее помощью можно не только находить нарушителей и следить за безопасностью, но и контролировать качество содержания дворов и улиц.
Тотальная эффективность и полная безопасность
Умные города будущего — это автономные поселения с подключенными к сети автомобилями (идею уже реализует в России МТС) и множеством дронов. Здесь не бывает ДТП, а на перекрестках не стоят регулировщики, потому что машины подключены к единой сети и способны сами прогнозировать появление заторов. В этом им поможет управляющий системой искусственный интеллект. Техобслуживанием и заменой резины займутся автоматизированные помощники, а парковочные места автомобиль найдет сам. Владельцу авто больше не нужно будет колесить возле дома в поисках свободного места.
Логичная и удобная для жителей застройка, безопасные улицы и тотальная энергоэффективность — все это тоже недалекое будущее умных мегаполисов. Светодиодный фонарь сам загорится за полминуты до появления автомобиля или прохожего, что поможет не расходовать электроэнергию впустую. Коммунальная инфраструктура будет управляться интеллектуально, добавляет Парабучев.
Будущее придет в каждый дом. Домашние холодильники сами будут следить за пополнением запасов, основываясь на вкусах всех членов семьи. Они будут способны еще и следить за сроком годности продуктов. Такой холодильник с нейросетью уже два года разрабатывает Amazon. Конкурента Amazon создают и в России: аналог холодильника с точно таким же набором основных функций разрабатывает «Ростех».
Если человечеству еще грозят пандемии в будущем, то о приеме лекарств людям напомнят умные аптечки; умные туалеты, помимо основной задачи, смогут еще и взять анализы. А браслеты, «чувствующие» настроение владельца, будут включать в доме соответствующую музыку или даже менять цвет стен.
Покупки будущего — это персонализированные предложения, которые не приходят на смартфоны, а мигают в витринах окрестных магазинов, когда человек проходит мимо. Оплата — браслетом и не заходя в магазин. Тащить тяжелые пакеты домой не понадобится — товары доставит дрон, а умный дом сам их примет, распакует и распределит внутри холодильника.
Наконец, интернет вещей избавит людей от назойливой и ненужной рекламы. Технология поможет более точно работать с аудиторией и предлагать только то, что нужно или нравится конкретному человеку. В Европе уже тестируют умные интерактивные рекламные щиты. Системы видеонаблюдения фиксируют пол, возраст и настроение проходящей мимо группы людей или отдельного человека и предлагают ему самый подходящий товар.
Города уже давно (и незаметно для нас) стали умными, только речь вовсе не о холодильниках и не о дронах-доставщиках. Например, умными стали практически все муниципальные перевозки, а лет через пять они будут полностью электрическими и беспилотными. Для прохода в метро уже сегодня не нужны никакие документы, деньги или билеты — можно пройти, авторизовавшись по лицу. Полностью цифровым станет и все снабжение
председатель Российской ассоциации интернета вещей Андрей Колесников
Описанное — лишь малая часть тех футуристических технологий, которые удастся воплотить с помощью интернета вещей. Ученые считают, что в будущем благодаря IoT удастся создать даже умную пыль. Еще в 1960-х эту идею упоминал в своих романах Станислав Лем, однако до недавнего времени эта концепция представлялась смелой, но неосуществимой.
Крошечные устройства (размером с пылинку), которые летают в воздухе и оседают на одежде и предметах, смогут собирать информацию об окружающем мире. Например, об освещенности, температуре, уровне загрязнения или химическом составе воздуха. Такие устройства смогут самостоятельно объединяться в сети и обмениваться сообщениями.
Уже сегодня существуют прототипы этой технологии, произведенные американской компанией Analog Devices. Правда, крохотных роботов пылинками пока не назовешь: их размеры достигают нескольких миллиметров, но разработчики уже решают эту проблему.
В будущем умная пыль сможет помогать людям на трудоемких производствах, например, обследовать шахты и рудники. С ее помощью можно будет управлять климатом, следить за безопасностью и даже проводить хирургические операции.
Об умной пыли как облаке микророботов говорили в России еще в 1990-х. Не исключено, что продвинутые разработки в этой области начнутся уже в ближайшие годы.
***
Сформулированная фантастами XX века аксиома о том, что большие открытия часто кажутся скучными непосвященным, определенно не работает в случае интернета вещей. IoT уже сегодня используется во множестве настолько захватывающих технологий, что поверить в их реальность не всегда просто. Тем не менее технология всерьез и надолго закрепилась практически во всех сферах жизни. Стоит поверить экспертам: будущее уже наступило, просто нужно оглянуться вокруг.
Артур Галеев