Массовая культура предлагает нам, если обобщить, два полярных варианта развития технологий. В первом случае человечество с помощью точных наук познает устройство мира и автоматизирует все, что можно без больших рисков отдать машинам – идеальный мир. Второй случай – антиутопия, в которой людям кажется, будто они живут, а на самом деле они работают батарейками для продвинутых машин «Матрицы». В фильме «Апгрейд» искусственный интеллект Stem манипулирует человеком, чтобы окончательно завладеть его телом. Давайте разберемся, насколько близок конец человеческой эпохи и можно ли с этим что-нибудь сделать?
Что такое Интернет вещей? Интернет вещей (англ. internet of things, IoT) – сеть физических устройств, в которые встроены датчики, софт и другие технологии для сбора, обработки и обмена информацией с другими умными устройствами и IoT-платформами. Умная колонка расскажет о погоде и поставит подходящую музыку; смарт-холодильник отследит когда заканчивается срок годности продуктов; беспилотный автомобиль отвезет на работу. От пользователя требуется провести начальную настройку устройства и оформить свой запрос – остальное сделают за него.
Статистика Отрасль IoT стабильно растет: количество IoT-устройств уже больше населения земли – 14 миллиардов против 8 миллиардов. К 2030 году ожидается прирост до 30 миллиардов умных устройств. Это обусловлено низкой ценой на датчики, доступными облачными технологиями и успехами в машинном обучении. Перейдет ли слабый искусственный интеллект в сильный через количественно-качественный переход? Вряд ли. Для этого понадобятся квантовые компьютеры с другой логикой работы.
График зависимости количества IoT-устройств (оранжевый столбец) и обычных гаджетов от года выпуска с прогнозом до 2025 г. Источник
Где используют IoT? Промышленные предприятия, транспорт и энергетика возглавляют список отраслей, активно использующих IoT.
ТОП-10 отраслей, применяющих IoT в 2020 г. Источник
Заводы На заводах IoT-решения мониторят производственные цеха, автоматизируют контроль качества выпускаемой продукции, управляют другими контроллерами. Например, компания «Северсталь» инвестировала в развитие роботизированных платформ, которые сократят цикл разработки композитных изделий и снизят стоимость их производства.
Транспорт и городская инфраструктура Когда полностью автоматизированные и беспилотные автомобили начнут массово появляться на дорогах – вопрос десяти-пятнадцати лет. Тренд на умные машины задала Tesla, но лидеры автопрома (Volkswagen, Audi, BMW, Volvo, Nissan, Toyota, BMW), техногиганты (Google, Apple, Яндекс) также разрабатывают беспилотный наземный транспорт и сопутствующие технологии.
В ближайшие пару лет в мире развернется связь 5G, которая станет хорошим подспорьем для развития умных городов и транспорта. Речь не только о личном автомобиле, но и о поездах, общественном транспорте, грузовиках и такси, которые будут встроены в систему умного города наравне с интеллектуальным городским освещением, электро- и водоснабжением.
Энергетика Мир постепенно избавляется от углеродной зависимости и переходит на возобновляемые источники энергии: солнечный свет, ветер, геотермальные электростанции. Для хранения избыточной энергии в дома устанавливают аккумуляторы (Tesla Powerwall и другие). Владелец батареи может тратить энергию на себя и продавать ее другим потребителям. Такая децентрализованная система повышает надежность всей энергетической системы: в случае форс-мажоров – природных бедствий, выхода из строя электростанций – можно распределить энергию между потребителями. Для идентификации потребителей, мониторинга и эффективного управления запасами энергии применяют умные устройства.
На чем собирают любительские IoT-устройства? Arduino Язык программирования : C/С++Сайт: arduino.ccЦена : полноценная копия на Алиэкспресс стоит около 350 руб.
Arduino UNO
Arduino – платформа для создания прототипов и простых устройств в области электроники, робототехники и автоматизации процессов. С помощью десятков датчиков, реле, модулей беспроводной связи, аудиомодулей, моторов, дисплеев – возможности практически безграничны. Можно создавать умные дома, роботов и автоматизировать рутинные действия.
На сайте create.arduino.cc/projecthub представлены 1500 работ энтузиастов. Ниже перечислены интересные из них.
Коммуникатор с растением Сложность : 3/5
Растения требуют ухода, но на это нужно выделять время, которого обычно не хватает. Как вариант – всегда держать растение при себе, но вы же не возьмете кактус на вечеринку, если только это не встреча кактусистов. Во время длительной командировки может возникнуть навязчивая мысль: а как там мой аспарагус? Разработчик под ником Arduino_Genuino собрал из Ардуино и датчиков влажности, температуры и освещенности устройство, которое в режиме 24/7 мониторит состояние растения и отправляет электронное письмо, если почва высыхает.
Что используется :
датчик влажности, температуры и фототранзистор.
Окей, почва высыхает Но я за тысячи километров от моего растения. Что делать? Есть два варианта :
Пустить дело на самотек и дать почве засохнуть, а растению погибнуть. Действовать как инженер и продумать все заранее: собрать автоматизированную помпу. Система автоматической компенсации потерь воды Сложность : 3/5
Разработчик под ником Atlas Scientific придумал систему, которая сохраняет уровень воды в аквариуме. Да, аквариум – не горшок с аспарагусом, но код потребует минимального вмешательства: заменить значение уровня воды на значение влажности.
Что используется :
помпа с контроллером; пластмассовые трубки; блок питания на 12 В.
Идентификатор ISBN на дисплее Nokia 5110 Сложность : 4/5
Если вы пишите код днями напролет и читаете только документацию библиотек, то, напомним, ISBN – это международный номер книги, по которому ее можно идентифицировать. Энтузиаст Kutluhan Aktar – библиофил и перед очередным заказом ему нужно знать, есть ли эта книга в его библиотеке. Пользователь набирает на клавиатуре номер ISBN и получает результат на дисплее от Nokia 5110. Ссылка на проект.
Что используется :
Arduino Nano 33 IoT; клавиатура 4×4; дисплей Nokia 5510; резисторы 1 кОм.
Погодная станция с интернет-хранилищем данных Сложность : 5/5
За три месяца пользователь randtekk собрал из датчиков и палок метеорологическую станцию.
«Этот проект стал моей давней мечтой – построить собственную метеорологическую станцию. Теперь она стала довольно сложной системой с тремя отдельными микроконтроллерами, которые обмениваются данными и отправляют их в интернет», – говорит randtekk.
Что используется :
Arduino Mega 2560 – продвинутая версия Arduino с большим количеством портов и памяти (продается на Алиэкспресс от 800 руб.); Arduino Nano R3 и NodeMCU ESP8266; датчики атмосферного давления и температуры. Как кулхакеры эксплуатируют NodeMCU ESP8266 На контроллере NodeMCU ESP8266 школьники проводят деаутентификацию клиентов точек доступа Wi-Fi. Дел на пять минут: залить прошивку в контроллер, подключиться к нему по Wi-Fi со смартфона, выбрать роутеры и нажать кнопку «Атаковать».
Raspberry Pi Язык программирования : C, С++, Java, JavaScript, Python, Go и другиеЦена : от 4500 до 8000 рублей на АлиэкспрессСайт : raspberrypi.org
Raspberry Pi
Raspberry Pi (от англ. raspberry, малина) – миникомпьютер размером чуть больше банковской карточки, работающий на уровне слабого десктопа. Четвертая версия Малины идет с 2, 4 или 8 Гб оперативной памяти, четырехъядерным процессором Cortex-A72, Wi-Fi, Bluetooth, Gigabit Ethernet и портами USB 3. В качестве ОС используется Raspbian – модифицированная Ubuntu. Получаем комфортную работу в привычной для программиста среде.
Что делают на Raspberry Pi? На Малине делают если не все, то очень многое: от собственного хостинга паролей Bitwarden, системы аутентификации через RFID-метки до системы контроля дефектов солнечных панелей с помощью дрона и тепловизора.
Замóк Сложность : 3/5
Замок управляется через страничку на веб-сервере на базе Raspberry Pi. Веб-страничка имеет две кнопки: открыть и закрыть замок. Отправлять команды можно из любой точки мира.
Что используется :
Raspberry Pi 4; замок; реле. Дрон-скринер дефектов солнечных панелей Сложность : 5/5
Если солнечные панели находятся в десятках километров от пункта управления, то мониторинг всех панелей может занять несколько дней. Чтобы быстро проверить панели на дефекты разработчики навесили на дрон Raspberry Pi и тепловизор.
Nvidia Jetson Nano Язык программирования : C, С++, JavaScript, Python, Go и другиеСайт : nvidia.comЦена : от 5500 до 9500 руб. на Алиэкспресс
Основное различие между миникомпьютерами Raspberry Pi и Jetson Nano – в наличии графического процессора с CUDA-ядрами у последнего, которые запускают нейронные сети с меньшими тормозами по сравнению с центральным процессором (ЦП). У Малины нет отдельного графического процессора, поэтому для тех же задач используется медленный ЦП.
Технические характеристики :
ГП: 128-core NVIDIA Maxwell ЦП: Quad-core ARM® A57 2/4 Гб LPDDR4 Gigabit Ethernet отсутствуют встроенные Wi-Fi- и Bluetooth-модули Jetson Nano работает на модифицированной Ubuntu, GPIO (контакты, к которым подключаются датчики) такие же, как у Малины, поэтому все, что можно сделать на Малине, воссоздается на Jetson Nano без лишних проблем.
Облачные платформы Иерархия IoT состоит из трех компонент: маломощные контроллеры с датчиками и сенсорами; туманные вычисления (Fog cloud – вычисления на периферии) для быстрого выполнения несложных расчетов; облачные сервисы для ресурсоемких задач.
Популярные IoT-платформы :
Microsoft Azure IoT Google Cloud IoT AWS IoT Cisco IoT IBM Watson IoT platform Их функциональность примерно одинакова :
объединение устройств в сеть; мониторинг устройств в режиме реального времени; сбор, обработка и аналитика данных; управление политиками безопасности; создание моделей машинного обучения. Youtube-каналы и плейлисты Заметки Ардуинщика – разбор кода, обзоры датчиков и лайфхаки; arduinoLab – уроки по Ардуино для начинающих; 16 лучших Arduino проектов – проекты на Ардуино для вдохновения; Raspberry Pi, все о миникомпьютере – узнаете как установить ОС, подключить камеру, что такое GPIO и другие базовые понятия; Как правильно паять – обучение пайке. Литература Мобильные роботы на базе Arduino – Михаил Момот; Arduino Uno и Raspberry Pi 3. От схемотехники к интернету вещей – Макаров Сергей; Raspberry Pi. Руководство по настройке и применению – Магда Ю. С.; Робототехника на Raspberry Pi для юных конструкторов и программистов – Мэтт Тиммонс-Браун (для детей); Энциклопедия электронных компонентов тома 1–3 – Янссон Платт. Вывод Возможно, прототип Скайнета уже куется в подземных лабораториях Google или Facebook, но до рабочей модели еще далеко: нет подходящего железа в виде квантовых компьютеров.
Интернет вещей – отрасль со стабильным ростом количества умных устройств и рабочих мест для людей-программистов. Если вам близка по духу идея технократического общества, в котором власть принадлежит техническим специалистам, сейчас самое время пойти учиться на инженера – IoT еще в зародыше и на его развитие можно повлиять.
Спонсор этой статьи образовательная онлайн-платформа GeekBrains проводит набор на курс «Инженер умных устройств». Там вас научат:
писать на языке C; разрабатывать и проводить отладку ПО; базовым принципам микроэлектроники; программировать промышленные микроконтроллеры и создавать умные гаджеты; работать в Linux с нуля; и многому другому. В конце курса вы построите распределенную сеть устройств, прокачаете софт-скиллы, а самое главное – получите десять проектов в портфолио и гарантию трудоустройства.
Интересно, хочу попробовать