أصبح إنترنت الأشياء موضوعاً يزداد حضوراً في نظر الجمهور خلال نصف العقد الماضي تقريباً. وغالباً ما يُنظر إليه على أنه الخطوة المنطقية التالية بعد أتمتة المنازل التي حظيت بشعبية كبيرة. ونحن الآن فقط نبدأ في فهم تطبيقات إنترنت الأشياء، إذ إن الاتصال الذي ينطوي عليه لديه القدرة على تغيير كل ما نفعله تقريباً. فالاتصال بمنازلنا شيء، أمّا الاتصال بأماكن على الجانب الآخر من العالم فشيء مختلف تماماً. وهذا يطرح أسئلة حول ما يمكن فعله إلى ما هو أبعد من مجرد التحكم في المشغلات الخطية وغيرها من الأدوات.
ما هو إنترنت الأشياء؟
يمتد تاريخ إنترنت الأشياء في الواقع إلى عدة عقود. والسبب الوحيد لظهوره أمام العامة الآن هو حدود التكنولوجيا في ذلك الوقت. والآن بعدما بلغت تقنياتنا نقطة باتت عندها هذه الأمور ممكنة، يستعد إنترنت الأشياء ليكون القفزة الكبيرة التالية. ويعتقد الباحثون أن الروابط بين جميع أجهزتنا ستمكّن من تبادل معلومات أسرع وأكثر حرية عبر تلك الروابط. سيتيح لنا ذلك أن نكون على اتصال أكبر مع بعضنا البعض ومع منازلنا في كل الأوقات. وقد كانت الاستخدامات الأولية له في مجال أتمتة المنازل.
تسود الأتمتة في العالم الحديث. فبعد أن استُخدمت في البداية في المصانع والمنشآت لإعفاء البشر من الأعمال الشاقة والمتكررة، غادرت الأجهزة المؤتمتة والروبوتات التعاونية (Cobots) أرضيات الورشات لتنتشر عبر مجموعة كبيرة من الأنشطة. وتقديراً للراحة والرفاهية التي يجلبها لنا هؤلاء المساعدون الصامتون الدؤوبون، رحبّنا بهم في منازلنا حيث شرعوا في تبسيط مهامنا اليومية وأنشطة وقت الفراغ. لقد أغرقت الحيل المؤتمتة مطابخنا وغرف نومنا وغرف المعيشة ومرائبنا، وحوّلتها إلى ملاذات عالية التقنية يمكن للبشر فيها الاسترخاء وترك التقنيات تدلّل جميع رغباتهم.
الخطوة المنطقية التالية على طريق الأتمتة الكاملة لبيئتنا هي ربط جميع الأجهزة لتمكين تعاونها بدلاً من التعامل مع كل منها بمعزل. وقد اتُخذت هذه الخطوة مع تدشين IoT – إنترنت الأشياء.
إنترنت الأشياء والمشغلات
تُعد المشغلات الخطية مهمة جداً لإنترنت الأشياء لأنها جزء لا يتجزأ من العديد من المعدات المختلفة داخل المنزل وخارجه. وتُعد أنظمة الأمان مثالاً جيداً على ذلك. بما أن المشغلات الخطية تُستخدم في كثير من الأنظمة لزيادة استخدام الكاميرا ومدى حركتها، يمكن لإنترنت الأشياء الاستفادة منها بطرق مختلفة. فعلى سبيل المثال، عند تحفيز حساسات النظام يمكن أن يؤدي ذلك إلى قيام إنترنت الأشياء بإرسال معلومات من نظام الأمان إلى نوعٍ ما من الأجهزة المحمولة. كما يمكن التحكم بـمشغلات إنترنت الأشياء مرة أخرى باستخدام تشبيه نظام الأمان. فبعد اكتشاف مشكلة محتملة، يمكن لإنترنت الأشياء أن يتولّى التحكم بالمشغلات ويدير الكاميرا لرؤية ما يحدث بوضوح أكبر.
من دون المشغلات، لن يتمكن إنترنت الأشياء من إجراء التغييرات اللازمة بنفسه، وبالتالي سيقتصر دوره على التحكم والتفاعل مع أجهزة مختلفة. يعتمد إنترنت الأشياء على المشغلات الكهربائية لتحقيق الحركة. كما تُعد المشغلات وسيلة جيدة لتوسيع نطاق إنترنت الأشياء بحدّ ذاتها، إذ تمكّننا من إجراء تغييرات عن بُعد وتساعد على التواصل عبر مسافات أكبر.
كيف يمكن التحكم بالمشغلات عبر إنترنت الأشياء
يمكن التحكم بأتمتة إنترنت الأشياء عبر منصات مفتوحة المصدر مثل Raspberry Pi أو Arduino. وبينما يُعد Raspberry Pi أبسط من Arduino، فإنه حاسوب صغير يمكن استخدامه مع ملحقات متعددة ومفاتيح إدخال/إخراج. وسيتيح ذلك لمن يملك هذا النوع من الحواسيب استخدامه عبر إنترنت الأشياء للتحكم بأي مشغلات مرتبطة به.
إن بناء إنترنت الأشياء باستخدام منصة Arduino مفتوحة المصدر يختلف قليلاً عن استخدام Raspberry Pi، ويعود ذلك في الغالب إلى اختلافات الحجم. Arduino منصة مفتوحة المصدر تتعامل مع إشارات الإدخال والإخراج كليهما. فإذا تعرّف على إدخال محدد دُرِّب على التعرف إليه، أو كان مرتبطاً به مباشرة بطريقةٍ ما، فيمكنه إرسال إشارة إلى مكان آخر. ومن السهل رؤية استخدامات المشغلات الخطية هنا؛ إذ يمكن أن تكون إشارة تتلقاها وحدة في Arduino بمثابة مُشغّل لبدء بعض المشغلات الخطية في آلة معيّنة إذا تلقت هي نفسها إشارة صادرة. ونظراً لاتساع منظومة Arduino ومنصتها مفتوحة المصدر، فإن الاحتمالات أمام التقنية الخطية في إنترنت الأشياء تكاد تكون بلا حدود.
كيفية عمل أجهزة إنترنت الأشياء
تنطوي طريقة عمل أنظمة إنترنت الأشياء على بنية بثلاث طبقات.
الطبقة 1
الطبقة 1 مادية. وتشمل حساسات متصلة تجمع البيانات وتنقلها لاحقاً. وبما أن هذه الحساسات يمكن أن تنتج نظرياً أي نوع من البيانات، فمن المهم في تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية ترشيح المعلومات المتلقاة لاستبعاد الرسائل غير ذات الصلة وإبراز العاجلة منها؛ مثل اكتشاف التهديدات أو حالات الإيقاف المفاجئ وما إلى ذلك. وإذا تطلب جمع بيانات إنترنت الأشياء تحليلاً عميقاً لاحقاً، فيجب ألا تُخزَّن على حواسيب الشركة بل تُنقل إلى السحابة.
الطبقة 2
الطبقة 2 هي في الأساس شبكة حساسات IoT مزوّدة بنظام اقتناء بيانات (DAS). ويُستخدم الأخير لتحويل الإشارات التي يتم الحصول عليها من حساسات البيانات – وعادةً ما تكون موجات تماثلية – إلى قيم رقمية يعالجها الحاسوب. ثم يوجّه بوابة الإنترنت البيانات المُرقمنة إلى الطبقة 3 عبر شبكة Wi‑Fi أو شبكة محلية سلكية. وشرط أساسي آخر لعملية نقل البيانات هو البرمجيات الوسيطة (Middleware)، وهي برمجيات تربط قاعدة البيانات بالتطبيقات وتضمن تماسك وإدارة جميع مكوّنات إنترنت الأشياء.
الطبقة 3
الطبقة 3 هي حيث تحدث الاستجابة للبيانات. فالأجهزة المسؤولة عنها تتلقى أمراً لتبدأ العمل وفق خوارزميات محددة مسبقاً.
حساسات إنترنت الأشياء
هذه الحساسات عبارة عن وحدات تكتشف التغيّرات البيئية لتوفير معلومات عن العناصر الأخرى في النظام المرتبطة بها. وتُحوَّل الإشارات الخاصة بحالة البيئة المحيطة إلى شيفرة رقمية. وبالتالي، فإن حساس إنترنت الأشياء هو نوع فرعي من المحوّلات (Transducers)؛ أي أجهزة تحول نوعاً من الطاقة إلى نوع آخر. والفرق بين الحساسات والمحوّلات أن المصطلح الأخير أشمل ويضم جميع الأجهزة التي تمكّن تحويل الطاقة، في حين يحوّل الأول الظواهر الفيزيائية فقط إلى إشارات كهربائية.
اليوم، تنوّع الحساسات مذهل. فالحساسات السلبية – على سبيل المثال – لا تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي لتعمل، بينما تحتاجه الحساسات النشطة. ووفقاً لطريقة الكشف المطبّقة فيها، تُقسّم الحساسات إلى أنواع ميكانيكية وحرارية وكهربائية وكيميائية. وتعتمد جميع هذه الأنواع على الحساسات، ما يعني أنها يمكن أن تقيس قيمة ما لكنها لا تستطيع تحليل المدخلات المتلقاة لأنها غير مزودة بمعالجات. وتستخدم تقنية حساسات إنترنت الأشياء نوعين مختلفين تماماً من الأجهزة.
- الحساسات الذكية مزوّدة بمعالجات حركة رقمية (DMPs) يمكنها تحليل البيانات التي تم الحصول عليها قبل إرسالها عبر وحدة الاتصال إلى طبقة الشبكة. وقد تحتوي هذه الحساسات أيضاً على مرشحات تعويض، ومضخمات، ومكونات أخرى تُسهّل تشغيلها.
- الحساسات الذكية المتقدمة هي حساسات ذكية مُطوَّرة قادرة – بالإضافة إلى ما سبق – على التحقق الذاتي والتعرّف على نفسها وكذلك التكيّف وإجراء الاختبارات. بل ويمكنها أيضاً أن تعمل كمتّحكم لإنترنت الأشياء يدير الاستجابات، ما يجعلها فعلياً عتاداً متخصصاً.
ومهما بلغت أهمية الحساسات لإنترنت الأشياء، فإن أجهزة الطبقة 3 هي التي تحدد في نهاية المطاف كيفية تنفيذ المهام.
مثال على عمل إنترنت الأشياء
يفحص المثال التالي مشغلات إنترنت الأشياء في الزراعة.
تجمع حساسات إنترنت الأشياء معلومات حول كمية الرطوبة في التربة لتحديد مدى كثافة ري المحاصيل. وتُستكمَل هذه البيانات بتوقعات الطقس المستقاة من الإنترنت والتي تُفيد ما إذا كان من المتوقع هطول أمطار في موقع معيّن قريباً. استجابةً لهذه المدخلات، يعمل نظام الري تلقائياً إذا كان هناك جفاف متوقع، ويصرف الكمية الدقيقة من المياه التي تحتاجها المحاصيل.
كما ترى، يعتمد التشغيل الملائم للنظام بأكمله إلى حد كبير على حساسات إنترنت الأشياء.
الخلاصة
ينمو إنترنت الأشياء بسرعة كبيرة حتى إن إمكانات عديدة تتكشف بشأن ما يمكننا فعله به. ورغم أن معظم الناس يعرفونه من خلال أتمتة المنازل، إلا أن لإنترنت الأشياء آفاقاً أوسع بكثير. إذ تضمن حساسات ومشغلات إنترنت الأشياء جمع بيانات دقيقة واستجابة دقيقة وفق البرمجة المسبقة، ما يمهّد الطريق لتبسيط العديد من جوانب حياتنا. وقد تناول هذا المقال بشيء من التفصيل كيف ستتأثر المشغلات الخطية تحديداً بإنترنت الأشياء، وكيف يمكننا التحكم بها واستخدامها.