Maži dalykai, dideli pokyčiai arba kas slepiasi už daiktų interneto

Per pastarąjį dešimtmetį technologijos drastiškai pakeitė mūsų gyvenimus – tai, kaip dirbame, tai, kaip leidžiame laisvalaikį. O kaip keliaujame? Gydomės? Ir pokyčiai tikrai nesustos, nes nesustos inovacijos – gyvename tokiu laiku, kai technologinis progresas stebina kone kasdien.

Ir dabar stovime ant slenksčio inovacijų, kurias skatina vis plačiau naudojamas daiktų internetas (angl. Internet of Things). Atsiranda vis naujų daiktų interneto taikymo galimybių. Ir šie nauji taikymai neabejotinai toliau keis mūsų asmeninį ir profesinį gyvenimą. Į gerą?

Apie tai, kas slypi už daiktų interneto technologijos ir kas varo pirmyn progresą šioje srityje kalbamės su KTU Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (MGMF) dėstytoju ir programų vadovu Benu Gabrieliu Urbonavičiumi.

– Benai, sąvoka daiktų internetas – daugeliui girdėta, bet ar gerai pažįstama? Ką svarbiausio turėtume suprasti, kalbėdami apie daiktų internetą?

– Daiktų internetas – tai prie komunikacijos tinklų prijungtų įrenginių tinklas. Tie įrenginiai gali būti ir mikrobangų krosnelė – įsivaizduokite, grįžtant iš darbo namo liepiate mikrobangų krosnelei pradėti šildyti sriubą, kurią ryte įdėjote į vidų – ir išskirstyta (angl. distributed) matavimo sistema, kurios įrenginiai stebi, pavyzdžiui, oro užterštumą didelėje teritorijoje, kad ir visame Kauno mieste.

Prisijungimo prie tinklo būdai taip pat platūs: tai ir Wifi ar Bluetooth, ir LTE (4G) ar naujos kartos mobiliojo ryšio 5G technologija. Būtent mobiliojo interneto (4G ir 5G) technologijos atveria galimybes daiktų internetą taikyti skirtingoms inžinerinėms ir mokslinėms problemoms spręsti (nepamirškime ir tos šylančios sriubos).

Beveik bet kuris daiktas / objektas gali tapti daiktų interneto įrenginiu, jei tik jį galima prijungti prie interneto, t.y. kad būtų įmanoma jį valdyti ar perduoti informaciją.

– Panašu, atsiveria vis daugiau kelių daiktų interneto taikymui. Kokių? Kokia šios technologijos ateitis? Kokiose srityse ši technologija turi daugiausia potencialo?

– Daiktų internetas atveria plačias galimybes surinkti informaciją iš labai didelio kiekio matavimo taškų (kaip jau minėtas oro užterštumo lygis visome mieste) ir, svarbiausia, realiu laiku.

Ši technologija taikoma gana plačiai: nuo žemės ūkio iki energetikos. Pavyzdžiui, pasitelkiant daiktų internetą, galima stebėti augalų gyvybingumą laukuose ir taip kontroliuoti trąšų ir apsauginių chemikalų naudojimą.

Daugeliui, turbūt, tikrai girdėtas terminas smart grid (angl. išmanieji tinklai – elektros energijos tiekimo tinklas, kuris naudoja skaitmeninio ryšio technologijas, skirtas aptikti vietinius naudojimo pokyčius ir į juos reaguoti, aut. past.). Ši technologija įvairių paslaugų tiekėjams, pavyzdžiui, elektros, vandens, šilumos energijos, leidžia neįtikėtinai lanksčiai reaguoti į tinkle iškylančias problemas ir tiekimo sutrikimus.

Nepamirškime ir pavyzdžio su sriuba – daiktų interneto technologija plačiai taikoma ir kuriant išmanius namus. Robotas-siurblys, apšvietimo ar garso, kondicionavimo ar vėdinimo sistemos –  tokie ir panašūs įrenginiai gali būti prijungti prie interneto ir būti valdomi išmaniuoju telefonu.

Tokie pavyzdžiai mums gana lengvai suprantami, nes jie yra mūsų buityje.  Bet galimybės yra neribotos.

– Skamba įspūdingai ir naudos, atrodo, daug. O kokie kyla iššūkiai daiktų interneto technologiją bandant pritaikyti kasdienėms žmogaus, pramonės reikmėms?

– Taip, kaip kad dažnai nutinka – ne viskas taip paprasta. Vystant daiktų interneto idėją, ypatingai, įvairius išskirstytų sistemų įrenginius, labai svarbus klausimas yra baterijos veikimo laikas ir būdai sumažinti energijos vartojimą. O galbūt energijos pasigaminti įrenginio buvimo vietoje?

Kad daiktų interneto įrenginys būtų naudingas, jis turi sąveikauti su išoriniu pasauliu jį keisdamas (prisiminkime šildomą sriubą) arba jį stebėdamas įvairiais jutikliais (kaip tiksliai pamatuoti oro užterštumą).

Būtent daiktų interneto įrenginių energijos sąnaudos ir naudojamų jutiklių technologijos yra pagrindiniai klausimai vystant šios technologijos idėją. Daiktų interneto įrenginius kurdami inžinieriai, žinoma, naudojasi tomis technologijomis, kurios jau yra sukurtos, tačiau fizikai ir medžiagų fizikai nesitaiko su situacija, kur reikia ieškoti kompromisų sprendžiant inžinerinę problemą.

Naujų medžiagų kūrimas ir jau esamų modifikavimas leidžia kurti efektyvesnius saulės elementus (kad mūsų įrenginys galėtų veikti neribotą laiką), našesnes komunikacijos antenas (panaudojant pačius naujausius pasiekimus dielektrinių medžiagų kūrimo fronte),  pačius jutiklius (ar nebūtų puiku, jei pašilus sriubai mikrobangų krosnelėje žinotumėte ir jos temperatūrą?).

– Taigi, kaip ir už bet kokios kitos technologijos, už daiktų interneto slepiasi žmogus. Koks žmogus slepiasi už šios inovacijos? Medžiagų inžinierius, išradėjas? Kokie gebėjimai ir kompetencijos?

– Pabandykime įsivaizduoti su kokiomis problemomis susiduria inžinierius, kurdamas daiktų interneto įrenginį skirtą, pavyzdžiui, atsiųsti jums elektroninį laišką tuomet, kai jūsų balkone augantį pomidorą reikia palaistyti. O pagalvoti išties yra apie ką. Pirmiausiai, įrenginys bus lauke, todėl reikia užtikrinti jo apsaugą nuo nepalankių aplinkos sąlygų (vandens, dulkių).

Taip pat labai svarbu, kad jo baterija veiktų kuo ilgiau, o, galbūt, įrenginys gali naudoti saulės energiją? Tuomet, būtina parinkti saulės elementą, kurio efektyvumas būtų pakankamas. O gal naudoti modifikuotą Ličio jonų bateriją?

Taigi, norint kurti realybėje, mūsų kasdieniame gyvenime pritaikomus daiktų interneto sprendimus, būtina turėti įgūdžių ir praktikos fizikos ir elektros inžinerijos srityse, mechanikos inžinerijos žinių (teisingo drėgmes jutiklio parinkimas – ne menkas iššūkis). O kur dar teisingų medžiagų parinkimas, remiantis medžiagų inžinerijos patirtimi.

Kaip jau minėjau, ne ieškoti kompromisų, o rasti sprendimą, kuris tiktu konkrečiai situacijai ir problemai.  Tam juk ir yra tikri inžinieriai.

– Taip, fizikai ir medžiagų mokslo specialistai, nanotechnologijų inžinieriai daiktų interneto technologiją vis daugiau perkelia ir perkels į realybę. O kas laukia ateityje?

– Dažnas gali pagalvoti, kad daiktų internetas –  tai tik kažkur toli esanti idėja, o prieš tai minėtų pavyzdžių virtimas kasdienybe dar labai toli. Bet, iš tiesų, ši technologija ar jos elementai jau naudojami skirtingų pramonės šakų, o kasdienių „žaisliukų“ pilnas internetinės prekybos puslapių lobynas.

Galbūt, šiuo metu labiausiai intriguojančios daiktų interneto taikymo perspektyvos yra jau minėti išmanieji tinklai (angl. Smart grid), išskirstytos matavimo sistemos aplinkos stebėjimui (oro užterštumui, radiaciniam fonui, ultravioletinių spindulių intensyvumui, netgi, paciento dozei spindulinės terapijos metu (bet čia jau atskira diskusija)), bei vienas svarbiausių moksle – ilgai trunkančių procesų stebėjimas ir valdymas realiu laiku per atstumą (kad ir iš kito Žemės krašto), pavyzdžiui, formuojant sudėtingas paviršines dangas ar nanostruktūras, matuojant įvairių fizikinių ir cheminių reiškinių pokytį laike (pvz. pH vertę, optinį skaidrį, sugertį ir t.t.).

Aš turiu idėjų. Auganti jaunoji karta mokslininkų turi idėjų. O kokia bus dar tik mokslus aukštojoje mokykloje pradedančiųjų idėja? Manau, laukia gana intriguojantys atradimai.