Artykuł ukazał się w A&B 3'2021
Za sprawą komputerów oraz ich połączenia siecią internetową, dane, które tworzymy, stały się nową walutą. W ciągu ostatnich dwóch lat stworzono ponad dziewięćdziesiąt procent istniejących na świecie danych, liczba ta rośnie wykładniczo. Urządzenia, z których codziennie korzystamy, coraz częściej podłączone są poprzez aplikacje do naszego telefonu komórkowego, wcześniej lodówka informująca nas o swojej zawartości była futurystyczną wizją — dzisiaj to funkcja nowej generacji urządzeń, pozwalająca nawet na zrobienie zakupów.
My, także nasza przestrzeń, jesteśmy z każdym dniem coraz bardziej monitorowani oraz wspomagani przez automatyzację. Z jednej strony ogromny rozwój technologii może budzić zastrzeżenia dotyczące prywatności, z drugiej — stanowi ogromną szansę dla rozwoju jeszcze nowszych technologii. W dziedzinie architektury możemy się spodziewać rewolucji dotyczącej nie form, projektowania czy metod fabrykacji, a nowego rodzaju inteligentnych budynków, które monitorują zachowanie użytkowników, rozumieją i odpowiednio reagują, polepszając komfort ich funkcjonowania oraz ograniczając negatywny wpływ na środowisko naturalne.
Internet of Things
Coraz częściej w dziedzinie architektury słyszymy pojęcie „internet rzeczy” lub jego skrót IoT (Internet of Things). Pojęcie to odnosi się do urządzeń, które komunikują się między sobą oraz wykonują zadania automatycznie. Pojawia się wiele śmiałych tez, że jest to kolejny krok w rewolucji informatycznej, która podąża w kierunku komputerów wszechobecnych — takich, które będą nam towarzyszyć w życiu codziennym, korzystanie z których będzie na tyle naturalne, że nawet nie będziemy ich zauważać. Kiedyś na jeden komputer przypadało kilku użytkowników — teraz na jednego użytkownika przypada coraz więcej komputerów.
komputery ubieralne, czyli urządzenia w najmniejszej skali dotyczące jednego użytkownika uzbrojone w sensory zbierają dane o tym, jak funkcjonujemy oraz wykonują małe zadania, przede wszystkim informując nas o zdarzeniach
Część komputerów ma charakter stacjonarny lub są trwale zintegrowane ze środowiskiem zbudowanym, a część — ruchomy lub ubierany (Wearable technology). Oprócz urządzeń typu laptop lub telefon, mamy komputery wbudowane w zegarki, okulary czy ubrania. Oglądając urządzenia prezentowane na największych targach elektroniki użytkowej, zastanawiamy się, czy koncepcja komputerów wszechobecnych jest wizją przyszłości czy dzieje się to już teraz.
łączność
Żeby zrozumieć koncepcję internetu rzeczy, należy sobie uświadomić, że urządzenia, by mogły wejść ze sobą w interakcję, muszą umieć się porozumieć. Należy więc zapewnić im połączenie do jednej wspólnej sieci, w której ma się odbywać komunikacja. Połączenia takie mogą bazować na klasycznej sieci przewodowej lub sieci bezprzewodowej. O ile stworzenie sieci przewodowej wiąże się z pewnym nakładem pracy i nie możemy zastosować jej w urządzeniach ruchomych, to sieć bezprzewodową możemy stworzyć w dowolnym obiekcie lub przestrzeni bez większej ingerencji.
Znaczącym impulsem w rozwoju IoT jest rozwój dedykowanych protokołów bezprzewodowej komunikacji, których wspólną cechą jest niewielkie zużycie prądu, co umożliwia tworzenie urządzeń zasilanych baterią o czasie pracy wynoszącym nawet dwa lata. Wadą tego typu rozwiązań jest stosunkowo mały zasięg komunikacji, który rekompensowany jest działaniem sieci rozproszonych typu Mesh. Urządzenia zamiast bezpośrednio komunikować się z centralą, przekazują sygnał między sobą do centrali. Tworzą one tym samym niezależne drogi komunikacji na wzór sieci ulic miast, a awaria któregoś z urządzeń nie zakłóca działania innych.
Schemat działania urządzeń polega na wzajemnej komunikacji i aktywacji jego zespołów, kiedy warunki zostają spełnione. Jeśli czujnik prędkości wiatru osiągnie zadaną przez nas prędkość, świetlik w domu zostanie zamknięty, minimalizując tym samym ryzyko awarii spowodowanej wiatrem. Istnieje obecnie wiele rozwiązań komercyjnych, które oferują urządzenia inteligentne. Zamykają się one jednak w pewnej grupie funkcjonalnej, na przykład ogrzewanie, oświetlenie, stacje pogodowe, opaski sportowe, liczniki, audio/wideo, których działanie jest odizolowane od zewnętrznych systemów. Zatem wykorzystanie czujnika wiatru ze stacji pogodowej firmy X zazwyczaj jest niemożliwe do wykorzystania w systemie firmy Y, która dostarcza siłowniki do okien dachowych.
integracja (obserwacja, kontrola i automatyzacja)
Przykłady działań akcja/reakcja można mnożyć, jednak najciekawsza jest integracja wszystkich „ekosystemów” w jeden, która umożliwi tworzenie akcji na podstawie danych z wielu czujników z różnych grup funkcjonalnych. Prostym przykładem może być akcja otwierania rolet na podstawie warunku określonego porą dnia, poziomem natężenia światła oraz snem użytkownika. Integracja ta odbywa się poprzez odpowiednie oprogramowanie oraz serwery. Co istotne, integrujemy nie tylko urządzenia lokalne, także publicznie dostępne informacje z internetu, jak pomiary hałasu w miastach czy ruchu na drogach. Wspomniane systemy mają trzy funkcje — obserwacji, kontroli oraz automatyzacji.
Smart Home, urządzenia kolejnego poziomu skali dotyczące budynku, które zbierają informacje o tym, jak funkcjonują jego użytkownicy,
umożliwiając automatyzację jego podzespołów
Warto zaznaczyć, że obserwacja to nie tylko odczytywanie aktualnego stanu urządzeń z różnych „ekosystemów”, to także zbieranie historii stanu czujników i aktuatorów w postaci liczb oraz czasu. Prezentacja tych danych w postaci wykresów pozwala na ich analizę, umożliwiając zrozumienie występowania zjawisk.
Smart City
Kolejną skalą, w jakiej IoT może kształtować nasze życie oraz środowisko naturalne, jest miasto. Termin „Smart City” jest obecnie niezwykle popularny, a światowe stolice w celach promocji bardzo szybko ogłosiły się miastami przyszłości, wdrażając pojedyncze koncepcje oparte na przepływie danych dotyczących funkcjonowania ich struktury w czasie rzeczywistym. Bardzo trudne będzie definitywne stwierdzenie, w którym momencie można uznać miasto za „inteligentne”, z pewnością jednak możemy powiedzieć, że jest to wciąż przed nami. Warto wymienić kilka koncepcji, które już w niedługiej perspektywie będą mogły zmienić sposób funkcjonowania miasta.
Szacuje się, że rocznie w Stanach Zjednoczonych z powodu awarii oraz przestarzałych i przeciekających rur wodociągowych marnuje się około ośmiu milionów ton wody pitnej. Rozwiązaniem tego problemu może być uzbrojenie sieci wodociągowej miejskiej oraz infrastruktury wewnątrz budynków w zintegrowany system czujników. Ciągłe monitorowanie oraz system powiadomień mogą wskazywać miejsca wymagające priorytetowej modernizacji lub ostrzegać przed potencjalnymi awariami, przeciwdziałając niepożądanym skutkom. Innym rozwiązaniem, dużo prostszym do wdrożenia, jest wyposażenie w system monitorowania pojemników na odpady gospodarstw domowych. Wyobraźmy sobie, że śmieciarka odpowiednio planuje swoją trasę na podstawie danych zebranych z sieci pojemników w zależności od ich zapełnienia i zatrzymuje się tylko przy tych punktach, które wymagają opróżnienia. Ograniczy to spalanie, pozwoli zaoszczędzić czas oraz zmniejszy zatory drogowe.
Smart City, rozproszone urządzenia w skali miasta pozwalające na zbieranie informacji o jego funkcjonowaniu i automatyczne reagowanie
Niestety nie możemy się spodziewać rewolucji w transporcie, samochody osobowe stanowią nieodłączny element funkcjonowania każdego z miast. Pojazdy napędzane silnikiem spalinowym są zastępowane hybrydowymi napędami lub elektrycznymi, co obniża negatywny wpływ samochodów na środowisko, jednak w dalszej perspektywie, nie wpływają na transport prywatny. Dzięki wykorzystaniu IoT połączonej sieci miejskiej oraz urządzeń mieszkańców, możliwe jest stymulowanie ruchu drogowego w mieście poprzez zintegrowanie z infrastrukturą drogową.
Kolejnym rozwiązaniem, które już działa w takich obiektach jak centra handlowe czy lotniska, są inteligentne miejsca parkingowe. Szacuje się, że nawet trzydzieści procent ruchu samochodowego w miastach jest spowodowane przez kierowców poszukujących miejsc do parkowania. Zautomatyzowany system, który umożliwi prowadzenie kierowców bezpośrednio do wolnych miejsc parkingowych, organizując i automatyzując zarządzanie nimi, może się przyczynić do ograniczenia ruchu samochodów, samym użytkownikom zaś pozwoli zaoszczędzić czas oraz zmniejszy stres.
Zebrane dane z czujników i aktuatorów na różnych poziomach skali (budynki, dzielnice, miasta i państwa) stworzą sporą bazę informacji, która może posłużyć do uczenia maszynowego sztucznej inteligencji, w celu wytworzenia prawdziwie inteligentnego systemu do sprawnego zarządzania miastem oraz planowania jego rozwoju.
Jesteśmy świadkami zmiany w postrzeganiu miast, budynków oraz technologii. W najbliższym czasie wszystkie te elementy będą się wiązać we wspólny inteligentny system, komunikujący się oraz reagujący na zmiany w czasie rzeczywistym. Nowo projektowane osiedla już dziś są wyposażone w sensory pozwalające użytkownikom na dalszą rozbudowę osobistego internetu rzeczy. W najbliższej przyszłości architekt projektujący przestrzeń dla zdefiniowanej grupy użytkowników będzie miał możliwość wglądu w ich dotychczasowy sposób funkcjonowania i zwyczaje, co pozwoli na ich zrozumienie i umożliwi zaprojektowanie rozwiązań szytych na miarę.
Robert JUCHNEVIC
Kacper RADZISZEWSKI
designbotic.pl
ilustracje: archiwum Autorów
