Znajomość części składowych IoT pomaga nam zrozumieć, o co w tym wszystkim chodzi. Istnieją cztery główne części składowe IoT:
Czujniki i aktuatory: te elementy odbierają informacje z otoczenia i wchodzą z nim w interakcję. Czujniki zbierają dane, podczas gdy aktuatory pozwalają systemowi na wykonywanie określonych działań. W przykładzie z ekspresem do kawy czujnik monitoruje, kiedy użytkownik się budzi, a aktuator zaczyna przygotowywać kawę.
Łączność: czujniki i aktuatory są połączone z tzw. bramą sieciową (gateway). Brama sieciowa jest odpowiedzialna za komunikację z pobliskimi czujnikami i aktuatorami, tłumaczy komunikaty na wspólny format, który jest następnie przesyłany do usługi w chmurze w Internecie. Komunikacja między bramą a czujnikami i aktuatorami odbywa się zazwyczaj bezprzewodowo, choć możliwe jest również połączenie przewodowe. Usługi w chmurze są zazwyczaj bardzo ostrożne w kwestii prywatności (jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, możesz odwiedzić nasz kurs Cyfrowa rewolucja oraz kurs Cyberbezpieczeństwo).
Chmura: komputerowa "chmura" - czyli sieć komputerów w Internecie - jest odpowiedzialna za przechowywanie i analizowanie danych w celu podejmowania inteligentnych decyzji. Analiza może obejmować proste reguły lub złożone algorytmy sztucznej inteligencji (AI). Więcej informacji na temat AI znajdziesz w kursie Elementy AI.
Interakcja człowiek-maszyna (Human-Machine Interaction, HMI): dane i analizy są nadzorowane przez użytkowników za pomocą dedykowanych interfejsów użytkownika (UI) lub smartfonów i tabletów z określonymi aplikacjami. Celem HMI w systemie IoT jest informowanie użytkownika i umożliwienie mu pominięcia zautomatyzowanych decyzji w razie potrzeby.
Czujniki, aktuatory i interfejsy użytkownika
Duża liczba możliwych do wykorzystania czujników i aktuatorów sprawia, że systemy IoT są bardzo elastyczne. Dzięki zastosowaniu różnych kombinacji czujników i aktuatorów systemy mogą zostać dopasowane do różnych potrzeb. W tej części przyjrzymy się bliżej czujnikom, aktuatorom i interfejsom użytkownika, które składają się na IoT.
Istnieją dwa rodzaje czujników: czujniki ogólnego przeznaczenia i czujniki przeznaczone do konkretnych zadań.
Czujniki ogólnego przeznaczenia wykorzystują do zbierania danych urządzenia powszechnego użytku, takie jak kamery i mikrofony. W tym przypadku dane, na przykład nagrany obraz lub dźwięk, są analizowane przez aplikacje komputerowe i algorytmy.
Czujniki przeznaczone do konkretnych zadań są opracowywane w taki sposób, aby były tanie, energooszczędne i/lub wytrzymałe podczas mierzenia określonych wartości. Czujniki przeznaczone do konkretnych zadań wymagają zazwyczaj prostszych rozwiązań programowych niż czujniki ogólnego przeznaczenia. Do takich czujników należą termometry, wilgotnościomierze, detektory ruchu, monitory pulsu i ECG oraz czujniki wagi.
Biorąc pod uwagę te dwa rodzaje czujników, przykładowo wykrywanie ruchu może być realizowane na różne sposoby:
kamera może być użyta do rozpoznania konkretnej osoby lub do monitorowania ruchu na większym obszarze
można zastosować wyspecjalizowany czujnik ruchu ze względu na oszczędność kosztów i energii
mikrofon może być używany w gorących, ciemnych miejscach, gdzie dwa pozostałe typy czujników nie sprawdziłyby się
Oprócz czujników powszechna jest również możliwość interakcji z maszynami wchodzącymi w skład systemu IoT, a także z ludźmi obsługującymi lub korzystającymi z tego systemu. Dlatego w rozwiązaniach IoT można zastosować aktuatory i interfejsy użytkownika (UI). Aktuatory mogą zmieniać wartości mierzone przez czujniki, np. podnosić temperaturę lub otwierać okna.
Interfejsy użytkownika służą do interakcji człowiek-maszyna i mogą być wizualne, dźwiękowe, głosowe lub haptyczne.
Wizualne interfejsy użytkownika są najczęściej używane z urządzeniami inteligentnymi z ekranem dotykowym (smartfony i tablety) lub czasami z dedykowanym urządzeniem z ekranem dotykowym lub ekranem i przyciskami.
W przypadku interfejsu mowy, użytkownicy wchodzą w interakcję z systemem IoT za pomocą mówionego języka naturalnego, podczas gdy dźwięki mogą wskazywać ważne zdarzenia w przypadku czystego audio UI.
Interfejsy haptyczne zazwyczaj wykorzystują wibracje do przekazywania informacji użytkownikowi.
Połączenie powyższych typów UI może poprawić ogólne wrażenia użytkownika.
Internet rzeczy i 5G
5G jest piątą i najnowszą iteracją sieci komórkowej. Sieć komórkowa pierwszej generacji (1G) oferowała wyłącznie głos. Nowością 2G była sieć cyfrowa, która z technicznego punktu widzenia jest znacznie lepszym rozwiązaniem niż analogowe podejście 1G. 3G wprowadziło transfer danych, natomiast 4G znacznie zwiększyło prędkości transmisji. 5G oferuje znacznie szybszy transfer danych niż jakakolwiek poprzednia sieć komórkowa, w tym 4G. Jest również w stanie obsłużyć regiony o większej gęstości połączeń i zapewnia lepszy zasięg.
Kluczowym elementem 5G jest technologia Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO), która obejmuje dużą liczbę anten i złożone oprogramowanie komunikacyjne, które umożliwia szybką komunikację z dużą liczbą urządzeń. Ponieważ IoT zależy od przesyłania i odbierania danych, szybki internet mobilny jest głównym czynnikiem wpływającym na możliwości i zasięg tych inteligentnych urządzeń. W chwili pisania tego tekstu uważa się, że wraz z upowszechnieniem się sieci 5G zrewolucjonizuje ona IoT.
Internet rzeczy i AI
Gdy IoT i AI łączą się, często określa się to mianem AIoT (artificial intelligence/Internet of Things). W oparciu o kilka źródeł korzyści z IoT mogą zostać zmaksymalizowane dzięki AI. Dla zrozumienia AIoT ważne jest opanowanie podstaw AI. Dowiedzieliśmy się już, że wszystkie czujniki i aktuatory zbierają dane, które są przechowywane w chmurze. Dane te mogą być analizowane przez ekspertów lub przez programy komputerowe napisane zgodnie z doświadczeniem i sugestiami ekspertów. W przypadkach, gdy dane są skomplikowane, reguły napisane przez ekspertów nie będą działać idealnie. Często zdarza się również, że reguły te nie są ogólne, więc muszą być przepisywane raz po raz, gdy np. do systemu dodawane są nowe czujniki lub gdy zmienia się otoczenie (np. nowa rodzina wprowadza się do inteligentnego domu wyposażonego w IoT). AI sprawia, że przy dużej ilości referencyjnych danych reguł można się nauczyć na podstawie samych danych - co oznacza, że AI jest w stanie automatycznie dostosowywać się do zmian.
W IoT integratorem i decydentem jest zawsze człowiek, dlatego proces jest spersonalizowany i dostosowany do potrzeb. Dzięki AI urządzenia wykorzystują dane do nauki i podejmują decyzje na podstawie wcześniejszych zachowań użytkownika. Więcej danych skutkuje lepszymi decyzjami opartymi na AI. Na przykład w przypadku rozpoznawania płci, AI musi otrzymywać zdjęcia kobiet i mężczyzn. Po obejrzeniu coraz większej ilości zdjęć AI może autonomicznie decydować z coraz lepszą precyzją, czy na danym zdjęciu znajduje się kobieta czy mężczyzna.
W przypadku AIoT duża ilość danych zbieranych przez czujniki w połączeniu z metodami AI pozwala systemowi uczyć się zarówno zachowań użytkowników, jak i otoczenia oraz dostarczać lepsze usługi. Większość rozwiązań AIoT działa w chmurze lub na zasadzie bramy sieciowej, a nowatorskie podejście wprowadza AI do urządzeń typu edge. To ostatnie podejście określane jest jako TinyML. W tym przypadku urządzenia IoT mogą zachowywać swoje dane lokalnie, nie potrzebują połączenia z internetem, a czas reakcji może być znacznie szybszy. Z drugiej strony algorytmy TinyML muszą mierzyć się z kilkoma ograniczeniami, takimi jak niskie zużycie energii (tak niskie, jak praca urządzenia przez rok z małą baterią CR2032) i ograniczona moc obliczeniowa.
W celu dokładnego wyjaśnienia mechanizmu i możliwości AI warto zapoznać się z kursem Elementy AI.
IoT w naszym codziennym życiu
Czujniki mamy już wszędzie wokół siebie - część z nich jest podłączona do sieci, a część po prostu do lokalnego urządzenia. Smartwatche (inteligentne zegarki) mierzą tętno, codzienną aktywność i czas snu, a następnie przesyłają te dane do internetu. Aktualna lokalizacja autobusów i tramwajów jest rejestrowana na podstawie danych GPS i wyświetlana na mapie, a na przystankach wyświetlany jest czas oczekiwania. Inteligentne samochody mają wbudowane czujniki, które zbierają dane o zużyciu i udostępniają je właścicielowi lub stacji obsługi. Ponieważ IoT staje się coraz bardziej powszechne, coraz więcej czujników będzie obsługiwanych przez IoT. Przyjrzymy się temu bardziej szczegółowo w następnej części, co pozwoli Ci na głębsze zrozumienie możliwych scenariuszy zastosowań i sektorów, których to dotyczy.
