إنترنت الأشياء: آلية عمله وأبرز مجالاته وتطبيقاته

يتجه العالم في عصر السرعة المعلومات نحو التكنولوجيا التي تعتمد على الأنظمة والأجهزة الذكية وفق مايسمى “إنترنت الأشياء” (Internet Of Things (IoT، والتي تعتمد على الذكاء والإنترنت بشكل أساسي في عملها.

ما هو إنترنت الأشياء؟

يشير مفهوم إنترنت الأشياء إلى جميع الأجهزة التي لها القدرة على التواصل فيما بينها أو مع شبكة الإنترنت ضمن شبكة افتراضية تقوم فيها بإرسال واستقبال المعلومات والبيانات التي يتم معالجتها لأداء وظيفة معينة، ولتحقيق ذلك ينبغي تزويد كل من هذه الأجهزة (الطرفيات) بعنوان إنترنت (IP) لتتمكن شبكة الإنترنت من التعرف عليه وتحقيق الاتصال اللاسلكي عن طريق البروتوكولات والتقنيات المختلفة.

ويضم مصطلح الأشياء مختلف الأجهزة الذكية التي يتم التحكم فيها عن بعد، وتعمل وفق بروتوكولات الويب والمصنفة ضمن الإلكترونيات كالغسالات والبرادت والمكيفات، أو الأجهزة المادية الأخرى مثل مصابيح الإنارة، بالإضافة إلى الروبوتات والكاميرات، والمزودة بأجهزة الاتصال مثل شرائح البلوتوث، المتحكمات، وأجهزة الاستشعار مثل حساسات قياس الحرارة والضغط والضوء والصوت.

بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار التي تقوم بتعقب المعلومات حول جسم الإنسان كأجهزة قياس نبضات القلب، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية التي تراقب عدد الخطوات التي يتخذها الأفراد كل يوم وغيرها، وهذه الأجهزة هي المسؤولة عن جمع البيانات التي سيتم معالجتها وتحليلها، وبناء عليها يتم إرسال النتائج وإصدار الأوامر.

كيف يعمل إنترنت الأشياء؟

يتطلب نظام إنترنت الأشياء وجود أربع مكونات رئيسية، وهي:

• أجهزة مسؤولة عن جمع البيانات (مستشعرات).
• تحقيق اتصال بشبكة الإنترنت.
• برمجيات لتحليل ومعالجة البيانات.
• واجهة المستخدم.

تقوم  الأجهزة (المستشعرات) بجمع البيانات المتخصصة بها وذلك بناء على نوع ووظيفة هذه المستشعرات، وهذه الأجهزة مزودة بعنوان إنترنت (IP) خاص بها تتمكن من خلاله الاتصال مع شبكة الإنترنت ومع الأجهزة (الطرفيات) الأخرى.

ثم تتصل هذه الأجهزة بالسحابة لمعالجة البيانات من خلال تقنيات الاتصال المختلفة مثلاً عن طريق تقنية البلوتوث أو الواي فاي أو من خلال الأقمار الصناعية أو تطبيقات الهواتف الذكية.

تعتبر تقنية زيجبي (ZigBee) من أشهر التقنيات للاتصال اللاسلكي بين الأجهزة، والتي تستخدم بشكل واسع في تطبيقات المنازل الذكية.

وعند تحقيق الاتصال، تنتقل البيانات إلى مركز معالجة البيانات (السحابة) التي تحوي على عدد هائل من الخدمات التي تقوم بخدمة الأفراد والمؤسسات والشركات، حيث يتم معالجة البيانات فيها وتحليلها، وهنا تكون سهولة معالجة البيانات تعتمد على كمية ونوع البيانات المرسلة.

ومن ثم يتم إرسال النتائج إما لواجهة المستخدم على شكل تنبيه نصي أو بشكل رسم بياني ليقوم بنفسه بتغيير سلوك هذا الجهاز أو اتخاذ الإجراءات اللازمة بناء على هذه المعلومات.

على سبيل المثال إرسال رسالة تنبيه عندما تكون حرارة الجسم تزيد عن الحد الطبيعي، أو صدور صوت تنبيه من قبل الساعة الذكية التي يمكنها إيقاظك في الوقت المحدد الذي تريده، إلا في حال حدوث تغيرات طارئة كأن يكون الطقس ماطر أو حدوث عطل في السيارة التي ستنقلك إلى مكان عملك، هذه الساعة ستتلقى هذه المعلومات وتحللها، لتوقظك في الوقت المناسب لتضمن عدم تأخرك عن العمل.

أو يتم إصدار الأوامر للجهاز الذكي نفسه لتغيير سلوكه وبدون تدخل الإنسان حيث يكون هذا الجهاز مبرمج أوتوماتيكياً، على سبيل المثال فتح باب الشركة أوتوماتيكياً عند تحسس وجود شخص أمامه، ومن ثم إغلاقه.

تجدر الإشارة هنا إلى أن حركة البيانات من وإلى الجهاز الذكي ثنائية الجانب، مما يعني أن المستخدم يمكنه إرسال الأوامر إلى الجهاز الذكي من خلال تطبيق إنترنت الأشياء على هاتفه الذكي، والذي من خلاله يتلقى الرسائل والتنبيهات حول هذا الجهاز.

يمكن مثلا أن يتلقى المدير في الشركة رسالة تنبيه من خلال التطبيق، تتضمن بأن درجة الحرارة في المخازن أصبحت مرتفعة جداً، هنا يمكنه إرسال أوامر مثل تشغيل المراوح، ويكون اتجاه حركة البيانات في الاتجاه المعاكس أي من المستخدم إلى السحابة حيث يتم معالجة البيانات المرسلة، ومن ثم إلى الجهاز الذكي.

تطبيقات إنترنت الأشياء

تنتشر تطبيقات إنترنت الأشياء بشكل واسع في مختلف نواحي الحياة، سواء في المنازل أو الشركات أو الشوارع والتي تم تطبيقها لرصد الحركات وجمع المعلومات بأقل جهد وبأسرع وقت وبشكل أوتوماتيكي.

كما أن الأجهزة الذكية القابلة للأرتداء، والأجهزة التي يمكن التحكم فيها عن بعد هي السمة المميزة، وإحدى أشهر تطبيقات إنترنت الأشياء، ومن بين هذه التطبيقات:

جهاز قياس الجلوكوز الذكي

تشمل إحدى الأجهزة الذكية القابلة للارتداء “جهاز الجارديان لمراقبة الجلوكوز”، تم تطوير هذا الجهاز لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من مرض السكري.

يمكن لهذا الجهاز اكتشاف مستويات الجلوكوز في الجسم باستخدام قطب كهربائي صغير يسمى مستشعر الجلوكوز يوضع تحت الجلد، ومن ثم ينقل هذا المستشعر المعلومات عبر تردد الراديو إلى جهاز مراقبة.

سمارت جرين هاوس (Smart Greenhouse)

 

تم تطبيق مفهوم إنترنت الأشياء في مجال الزراعة أيضاُ، ويعد سمارت جرين هاوس بيئة ذاتية التنظيم لتحقيق النمو الأمثل للنبات، وذلك من خلال الأجهزة والأنظمة الذكية المزودة بالمستشعرات الخاصة التي تقوم بقياس الظروف المناخية داخل البيت المحمي المخصص للزراعة مثل قياس درجة الحرارة والرطوبة والضوء، كما أنه مزود بأنظمة مخصصة لمراقب معدل نمو النبات.

في أغلب الأحيان تكون هذه الأجهزة ذات تحكم أوتوماتيكي بمعنى أنه يتم إصدار الأوامر تلقائياً كتشغيل المراوح أو الإنارة، وتغيير السلوك بناء على هذه البيانات وذلك بعد تحليلها ومعالجتها، وقد يتم إرسال رسائل تنبيهية أيضاً إلى تطبيق المستخدم.

سمارت سيتي (Smart City)

المدينة الذكية (سمارت سيتي) من أشهر تطبيقات إنترنت الأشياء والتي يتم تطبيقها في بعض الدول، تشمل العدد من الأفكار المبدعة والمتطورة كوجود أنظمة مراقبة في الشوارع من خلال الكاميرات التي ترصد حركة السير والازدحام  وتقوم بإرسال إشارات للسيارات لتمكنهم من اختيار الطريق الأقل إزدحاماً.

بالإضافة لوجود أنظمة يمكنها رصد قدوم سيارة الإسعاف وإصدار أصوات الإنذار لإخلاء الطريق أمامها من قبل باقي السيارات لتصل إلى هدفها بأسرع وقت.

كما تم تزويد القطارات بأنظمة قطع التذاكر بشكل أوتوماتيكي، ويمكنها إصدار صوت تنبيه وإرسال إشعار لتطبيقات الركاب عند إتمام العدد المطلوب من الحجوزات، لتعلمهم بالاستعداد للإنطلاق في هذه الرحلة، وتبدأ الحجوزات للرحلة التالية بشكل أوتوماتيكي وبدون تدخل الموظفين.

بالإضافة لتزويد الكراجات بأنظمة تمكنها من رصد الأماكن الفارغة التي يمكن إيقاف السيارة فيها، بحيث عند دخول السيارة إلى الكراج، تتلقى إشارة تدلها إلى الموقف المناسب.

سمارت هاوس (Smart House)

هناك العديد من الأنظمة الذكية أيضاً التي يتم استخدامها في المنزل لتوفير المزيد من الأمان والوقت والجهد، على سبيل المثال يمكن لأنظمة المراقبة أن ترسل إشارة تحذيرية لتطبيق الهاتف الذكي لصاحب المنزل حتى في حال وجوده خارج المنزل، وذلك عند اقتراب شخص ما إلى المنزل.

وبالنسبة لأنظمة الإنذار للحرائق، يتم برمجتها بحيث تقوم بإصدار صوت ينبه صاحب المنزل عند اندلاع الحريق، وبنفس الوقت يتم تشغيل أنظمة الإطفاء، بالإضافة للأبواب الأوتوماتيكية التي يمكنها أن تفتح وتغلق عند تحسس وجود شخص بجوارها.

وهناك أنظمة تتحكم بالإنارة عن بعد، حيث يمكن لصاحب المنزل من خلال تطبيقه على هاتفه الذكي إطفاء الأنوار وإضاءتها، كما يمكنه التحكم بأنظمة التكييف والتبريد من خلال أوامر يرسلها من التطبيق، وذلك بناءً على البيانات التي يستقبلها من أجهزة الاستشعار حول درجة حرارة الجو المحيط.

ويمكن تزويد حديقة المنزل بنظم سقاية للمزروعات بشكل أوتوماتيكي، حيث تبدأ عملية السقاية بوقت معين، ولمدة زمنية معينة، ولجميع الأزهار والمزروعات.

تجدر الإشارة  إلى أن تطبيقات إنترنت الأشياء لا تعد ولا تحصى في جميع جوانب الحياة، ومنها أيضاً:

• السيارات الذكية ذات القدرة على تفادي الحواجز وتلقي الأوامر من خلال الهاتف الذكي.
• المركبات والروبوتات في المصانع الي تقوم بنقل المنتجات من أماكن التصنيع إلى أماكن التغليف.
• أنظمة تغليف المنتجات وتعليبها في المصانع.
• روبوتات قطاف الثمار.
• الساعة الذكية.
• أنظمة الأبواب والأقفال التي تعمل على البصمة.
• الأجهزة التي تقيس العلامات الحيوية للإنسان مثل معدل ضربات القلب ودرجة الحرارة والضغط.
• النظارات الذكية المصممة للمكفوفين والتي تتحسس لوجود العوائق وتنبههم بوجودها.