01. Развитие современной техники и домашняя автоматизация

Введение. Развитие современной техники

Мы с вами живём в век стремительного развития науки и технологий, причём развиваются они неразрывно — благодаря научным открытиям совершенствуется техника. Одним из ярких примеров можно назвать гаджеты. Их сегодня можно найти везде: дома, в школах, магазинах и больницах. Гаджет (от англ. gadget — приспособление, устройство) — небольшое устройство, предназначенное для облегчения и усовершенствования жизни.

Гаджеты распространены в самых разных сферах нашей жизни: в медицине — устройства для измерения параметров организма, спорте — фитнес-браслеты, умные гантели и скакалки, датчики и многое другое. Их количество продолжает расти — технологии и техника осваиваются в новых областях, а в уже освоенных появляются новые устройства и всё время совершенствуются привычные нам.

Ещё 40–50 лет назад верхом комфорта считалась стиральная машина в доме. Причём она была именно стиральной — вода в неё набиралась вручную, засыпался порошок, производилась стирка, а полоскать и отжимать бельё приходилось руками. Только представьте, какой прогресс претерпело это устройство за такой сравнительно небольшой период — все этапы стирки автоматизированы, программа может определить вес белья, подстроиться под тип ткани, запустить стирку со смартфона, даже если никого нет дома.

Похожие истории развития можно проследить и у других видов техники, например у телевизоров. Первые их прототипы появились еще в 1920-е годы, то есть больше 100 лет назад, однако набирать популярность телевизор стал в послевоенные 1950-е годы, тогда же появился первый пульт дистанционного управления, правда, с телевизором он соединялся кабелем (рис. 6). Многие телевизоры при этом не имели пульта вовсе, и, чтобы переключить канал, нужно было подниматься с дивана и идти к устройству нажимать на кнопку. Пульты, похожие на современные, появились в 1974 году, а в 1997-м сенсацией стал телевизор, позволяющий выйти в интернет.

Сегодня же мы вполне привыкли к тому, что в телевизорах есть возможность осуществлять поиск в интернете, смотреть кино в высоком качестве, запускать другие видео- и аудиофайлы. Можно даже осуществлять голосовое управление телевизором, подключать к нему флеш-карты и любые другие накопители, смартфон или ноутбук.

Вместе с возможностями сильно менялся и внешний вид телевизора.

Предки современных телевизоров были очень громоздкими — они имели внутри себя электронно-лучевую трубку, которая сама по себе была внушительных размеров, поэтому и телевизор занимал много места.

С начала 2000-х в домах стали всё чаще появляться плоские телевизоры, причиной стало использование жидкокристаллических панелей, намного более компактных. Сегодня широкую популярность получили телевизоры на светодиодах, так называемые OLED- и QLED-модели. Покупатели имеют возможность выбрать практически любой дизайн и размер, любителям кино предлагаются изогнутые экраны, высокое разрешение изображения и звука и множество других технологий.

Под техникой мы подразумеваем очень разные приспособления. Так, в самом начале пути развития человечества мы относим к технике орудия охоты или обработки, например топор, лук и стрелы, мотыгу или копьё.

В эпоху неолита (около 9500 лет до н. э.) появилась техника для возделывания культурных растений и простейшие механические приспособления, среди которых, например, колесо и рычаг. В дальнейшем эти орудия труда усложнялись, появлялись новые, осваивалась их выплавка из металлов.

Период феодализма характеризуется техникой, приводимой в движение человеком или природными двигателями: водой или ветром. Яркий пример техники этого времени — мельница.

Вскоре зарождается и развивается промышленное производство, появляются всевозможные машины, и именно они становятся причиной технической революции в конце XVIII — начале XIX века, которую и называют промышленной.

Она характеризуется созданием паровой машины (которая позволила фабрикам не зависеть от энергии воды и ветра, а также обеспечила надёжный источник энергии для производства), зарождением автоматизации (ткацкие станки, сельскохозяйственные машины, токарные станки).

К концу XIX века повсеместно распространяется электричество, и это открывает возможности для развития радиотехники и электроники.

Ещё одна революция датируется серединой XX века и называется научно-технической. Тогда появляется вычислительная техника, разрабатываются первые ЭВМ, широко развивается автоматизация производства.

Главными показателями техники становятся:

• производительность (скорость работы);

• надёжность;

• функциональность (количество возможностей устройства);

• экономичность производства и использования.

Сегодня, в эру интернета, массовой компьютеризации и новой цифровой революции к этим важным характеристикам добавляются:

• эргономичность (простота и удобство использования);

• эстетичность (красивый, привлекательный внешний вид);

• экологичность.

За последней характеристикой стоит очень важная и актуальная проблема: численность населения планеты растёт и результаты деятельности людей начали влиять на окружающую среду, поэтому так важно заботиться о ней. Кроме того, создание новых искусственных материалов заставляет нас задумываться о том, как их потом перерабатывать и утилизировать, чтобы не нанести вред планете.

Поэтому модными становятся многоразовые сумки для походов в магазин (которыми пользовались ещё наши бабушки, но по другой причине — не было такого количества полиэтиленовых пакетов) и культура осознанного потребления, предлагающая людям задумываться о том, как они покупают и используют вещи.

Сейчас мы движемся к созданию вокруг человека такой среды, в которой он затрачивает минимальное количество времени на решение бытовых вопросов и делает это с максимальным удовольствием. Человек использует датчики движения, робот-пылесос, голосовой помощник, шкаф для очистки одежды и множество устройств с приставкой «умный» — умные весы, умные жалюзи, умные розетки, умные чайники и кофеварки и многое другое.

Пока никто не может сказать, к чему это приведёт. Риски есть: чем сложнее созданная система, тем больше вероятность поломки. А если человек отвык от решения каких-то серьёзных вопросов, то при малейших проблемах он может оказаться беспомощным.

Часто наши бабушки и дедушки могли сами устранить несложные поломки телевизора или автомобиля, умели шить одежду и многое другое. Нам же теперь для решения многих таких задач может понадобиться помощь специалистов.

С другой стороны, высвобождаемое время позволяет человеку сосредоточиться на совершенствовании навыков в своей профессиональной деятельности, оставляет больше времени на саморазвитие и так далее. Но вопрос в том, как люди будут использовать высвободившийся ресурс.

Домашняя автоматизация

Прогресс подарил человеку замечательную возможность получать образование в удобном формате и работать из любой точки мира, а его здоровье может находиться под круглосуточным дистанционным наблюдением. А интернет вещей (устройств, подключённых к Сети) и технологии позволяют поручить рутинные заботы роботам.

Система домашних устройств, способных выполнять действия и решать определённые повседневные задачи без участия человека, называется «умный дом».

История домашней автоматизации началась с изобретения бытовых устройств, способных ускорить или облегчить какой-то процесс человеку, а может, и вовсе выполнить его вместо него. Так, в 1901 году появился первый пылесос, в 1909-м — тостер, в 1913-м — холодильник и посудомоечная машина, за ними утюг, стиральная машина и так далее.

В середине прошлого века появились первые попытки домашней автоматизации в том смысле, в котором мы её понимаем сегодня. Наиболее известными стали в 1950 году «Дом с кнопками» американского инженера Эмиля Матиаса и кухонный компьютер Джеймса Сазерленда в 1966 году.

Первое изобретение представляло собой расположенные по всему дому кнопки, позволяющие автоматизировать выполнение основных бытовых задач, а второе — компьютер, регулирующий работу климатической техники, включающий и выключающий некоторые приборы, составляющий списки покупок и хранящий рецепты. Ни одно из них широкого применения в то время не нашло.

В 1975 году шотландская фирма Pico Electronics разработала первый стандарт управления домашними устройствами — X10. Система позволяла включать и выключать приборы, регулировать яркость света и даже получать данные о состоянии приборов. Для этого применялись специальные компьютеры и пульты управления, а для передачи сигналов использовалась обычная электрическая сеть. Широкое распространение система получила за счёт простоты установки и низкой цены.

Сам термин «умный дом» (англ. smart house) изобрела американская Ассоциация жилищно-строительных компаний в 1984 году, а студия «Дисней» спустя 12 лет выпустила одноимённый мультфильм, чтобы познакомить с идеей широкую публику. И действительно, проект стремительно развивался и продолжает это делать и сегодня.

Сейчас принято следующее понимание технологий работы системы домашней автоматизации — система включает три типа устройств:

• хаб (контроллер) — устройство, соединяющее все элементы друг с другом, управляющее ими и связывающее их с внешним миром;

• датчики (сенсоры) — устройства, получающие информацию о внешних условиях;

• актуаторы — устройства — исполнители команд.

Последние две группы — самые многочисленные. Их можно классифицировать в зависимости от назначения.

1. Устройства системы безопасности (датчики движения, датчики открытия двери, датчики присутствия, видеонаблюдение, электронные замки, видеодомофоны, сирены и целые охранные системы).

2. Устройства управления освещением (умные выключатели, модули управления шторами, датчики освещённости).

3. Устройства управления климатом (датчики влажности и температуры, термостаты – устройства для поддержания постоянной температуры или её регулирования).

4. Система мультирум — устройства, отвечающие за воспроизведение видео или музыки в помещении.

5. Бытовая техника и электроника.

Как же общаются между собой все эти устройства? Один из способов коммуникации мы уже рассмотрели, когда говорили об истории домашней автоматизации, этот способ — проводной. Этот вариант более надёжный, потому что исключает задержки сигнала, считается более безопасным и защищённым от потери данных, но предполагает прокладку большого количества проводов и в готовом доме проигрывает варианту беспроводной передачи данных, так как его сложнее реализовать, когда ремонт уже сделан.

Беспроводные системы просты в установке, подключении и обновлении, тем более что современные технологии беспроводной передачи данных совершенствуются постоянно и становятся всё более и более стабильными. В такой системе её компоненты взаимодействуют при помощи радиосигналов (см. рис. 28).

К самым востребованным относят Wi-Fi и Bluetooth, но кроме них есть еще Z-Wave и ZigBee. Последние имеют существенные преимущества, они заключаются в возможности устранить проблему несовместимости устройств от разных производителей. Для понимания указанных технологий требуется знание предметов старших классов, но именно эти технологии были призваны решить задачу совместимости устройств.

Пока «умный дом», скорее, тренд, но совсем скоро эта технология станет обычной составляющей каждого дома. Уже сегодня массу полезных или развлекательных функций выполняют голосовые помощники, такие как Алиса или Маруся. Голосовые ассистенты способны управлять устройствами, на которые они установлены или к которым подключены: «Яндекс.Станция» поможет вам выключить компьютер, переключить канал на телевизоре, позвонить на смартфон или включить умную настольную лампу и многое другое.

Во все времена с помощью техники человек открывал перед собой невиданные ранее возможности. И если в первобытные века техника была жизненно необходимой, с её помощью добывали пищу, огонь, защищали своё жилище, то в современном мире она становится, скорее, полезной, хотя, конечно, глубоко проникла в нашу жизнь — человек уже не представляет своего существования без сети Интернет, различных машин и механизмов.

Технологии призваны облегчить человеческий труд, но также они могут вызывать негативные последствия, хороший пример тому — атомная энергия. В мирных целях её используют для того, чтобы обеспечивать города электричеством, но в августе 1945 года американцы сбросили атомную бомбу на японские города Хиросима и Нагасаки, что привело к огромным человеческим жертвам.

Другой пример. Шведский изобретатель Альфред Нобель изобрёл динамит для работы в шахтах, он хотел упростить процесс взрывания горных пород для строительства мостов и зданий. Однако глубоко переживая, что использование динамита в войнах привело к многочисленным человеческим жертвам, Альфред Нобель составил завещание, в котором большую часть состояния просил использовать на премии учёным за их выдающиеся достижения в различных областях науки. Так в 1895 году появилась Нобелевская премия.

Не всегда опасность представляет сознательное использование технологии во вред. Неправильная эксплуатация может привести к печальным последствиям. Для той же атомной энергии это катастрофы Чернобыля и Фукусимы.

Это не значит, что нужно избегать тех или иных технологий. Потому что вред от нескольких даже очень больших и громких катастроф не сравнится с той пользой, которую ежедневно приносят людям сотни атомных станций во всём мире. Задача человека — минимизировать риски, анализировать возникающие проблемы и разрабатывать такие требования к технологическим объектам, чтобы в дальнейшем избегать масштабных катастроф. Этот вопрос является сегодня одним из наиболее важных, когда мы говорим о прогрессе науки и техники.

Большинство народов и стран в той или иной мере внесло свой вклад в технику. У каждого изобретения и открытия были свои мотивы, в подавляющем случае взвешенные и осмысленные. И если человечество и дальше будет с ответственностью относиться к техносфере, то его ждёт дальнейшее развитие в правильном направлении.

Домашнее задание

1. Какие изменения произошли в бытовых технических устройствах за последние 50–100 лет?

2. Что понималось под техникой на заре развития человечества, в эпоху неолита и феодализма, в период промышленной, научно-технической и цифровой революции?

3. Каковы основные характеристики технических устройств?

4. Что собой представляет «умный дом»? Каковы его отличительные особенности?

5. Какие устройства стали прообразом современного «умного дома»? Какие функции они выполняли?

6. Какие устройства можно выделить в составе системы домашней автоматизации в соответствии с назначением?

7. Назовите способы коммуникации устройств в системе домашней автоматизации?

8. К каким негативным последствиям может привести использование современных технологий?