К чему приведет экспансия интернета вещей, методично захватывающего нашу цивилизацию

Суть его в том, что любые девайсы (будь то элементарные бытовые приборы или сложные заводские технологии) работают, обмениваются данными между собой с минимальным участием человека, а то и вовсе без него. Таким образом воплотились самые дерзкие фантазии и предсказания писателей и ученых прошлых столетий. И нынешним фантазиям тоже нет предела – практически всё можно подключить к Сети. Только три препятствия стоят на пути создания «вселенского разума вещей»: недостаточная энергоэффективность батарей, отсутствие единого стандарта связи и внедрение протокола стандарта 5G. Но это пока.

Вездесущий IoT

«Интернет вещей – сквозная технология. Это не просто сенсоры, способы передачи данных и их обработки. Это всё вместе плюс необходимость принять конкретное решение. Датчики собирают информацию, передают ее на программную платформу, где она обрабатывается, и затем принимаются какие-то решения в виде технических или управленческих действий». Так простыми словами объяснил «Профилю» суть технологии заместитель руководителя Центра компетенций интернета вещей Сколковского института науки и технологий Виктор Лобачев.

В большинстве случаев обыватель даже не подозревает, что сталкивается с интернетом вещей. Для него самый очевидный пример – система умного дома, которая объединяет датчики и электронику для комфортной повседневной жизни. Например, умный термометр в зависимости от температуры дает команды на включение и отключение кондиционера, то же самое с увлажнением воздуха. Современные датчики дыма умеют не просто включать сигнализацию, но и отправлять уведомления пользователю и вызывать службу спасения – всё в автоматическом режиме. А умный счетчик воды теоретически способен самостоятельно отправлять показания.

Технологии умного дома сегодня прорабатывают крупнейшие технические компании мира. Apple объединяет несколько десятков устройств от сторонних производителей в систему HomeKit. Google сосредоточился на мультимедийном контенте и объединяет в единую сеть компьютеры, мобильные устройства, телевизоры и музыкальные колонки. Китайская корпорация Xiaomi шаг за шагом делает умным весь дом: в ассортименте компании есть зубная щетка и сиденье для унитаза. Правда, пока они не подключаются к интернету, это следующий шаг. В 2018 году на российский рынок умного дома вышел «Яндекс» с мультимедийным устройством «Станция» и голосовым ассистентом «Алиса». А в 2019‑м компания представила умную розетку, лампочку и пульт дистанционного управления для кондиционеров.

Медленно, но верно IoT проникает в крупные населенные пункты, формируя среду умных городов. Суть та же: датчики и устройства, объединенные в цифровые кластеры, только теперь на уровне города. Жители планеты уже могут видеть некоторые проекты, созданные на базе интернета вещей. В США, Финляндии, Австралии и других странах за последние два года запущены коммерческие сервисы по доставке товаров с помощью дронов. Пользователю остается только отслеживать доставку через приложение. Компания StreetLine разработала концепцию умных парковок, в которой датчики постоянно отслеживают количество машин, наличие и доступность свободных мест. В России в тестовом режиме запущено приложение «Суперчек», которое в перспективе позволит покупателям с помощью смартфона самостоятельно сканировать штрихкоды и тут же оплачивать товар банковской картой.

Одна из главных перспектив IoT в городах – транспорт. Уже сейчас пользователь с помощью приложения может заказать такси и отслеживать поездку или найти автомобиль из сервиса каршеринга. Google и «Яндекс» тестируют беспилотный транспорт на дорогах соответственно США и России. По слухам, к ним должна присоединиться Apple. Во многих городах (Дубай, Копенгаген, Мадрид) были запущены автоматические поезда метро, а компания Илона Маска Boring Company в 2018 году показала первый тоннель для автоматической перевозки автомобилей. Подобные системы тоже входят в интернет вещей, однако обычный житель об этом уже может и не узнать.

Основа концепции умного города – датчики, которые анализируют транспортный поток, уровень освещенности в зависимости от погоды и времени суток, уровень загрязненности и т. д. Программное обеспечение различных служб и компаний собирает данные, обрабатывает их и в зависимости от результата может, например, регулировать работу светофоров (чтобы снизить количество пробок), степень освещенности улиц (для экономии электроэнергии). «Яндекс», в частности, собирает данные о количестве включенных мобильных устройств на дорогах и формирует актуальную ситуацию по пробкам, а умные алгоритмы предлагают водителям самые быстрые маршруты.

Наибольшее распространение на сегодняшний день интернет вещей получил в сфере промышленности. По данным Strategy Analytics, McKinsey Global Institute и других компаний, 40,2% всех устройств IoT приходится на бизнес и производство, 30,3% – на медицину, 8,3% – на ритейл. Именно в этих сегментах используется больше всего радиометок, роботов и алгоритмов, которые позволяют оптимизировать производство и логистику, сократить человеческие трудозатраты.

«Наиболее показательный пример – медицина, – поясняет актуальность IoT-технологий Лобачев. – Там используется много данных: ЭКГ, пульс, температура, жалобы пациентов, история болезней. Все это собирается при помощи сенсоров, что-то подкачивается из базы данных. Остается только поставить диагноз и назначить лечение. В перспективе такой метод может быть более эффективен в силу отсутствия человеческого фактора».

Один гигантский мозг

Концепцию беспроводной сети, объединяющей людей и устройства всей Земли, предвосхитил еще ученый-изобретатель, физик, инженер Никола Тесла. В интервью журналу Colliers, опубликованном в январе 1926 года, ученый описал фантастическую по меркам времени картину. «Когда беспроводные технологии будут применяться максимально эффективно, Земля превратится в один гигантский мозг. (…) Мы сможем общаться друг с другом в реальном времени вне зависимости от расстояния. (…) Инструменты, с помощью которых мы сможем это делать, будут поразительно простыми по сравнению с телефоном и поместятся в карман жилета». Тем самым Тесла предсказал создание интернета, смартфона и интернета вещей.

«Первой ласточкой» IoT стал тостер. В 1990 году Джон Ромки, один из разработчиков протокола TCP/IP (который лежит в основе интернета), подсоединил бытовой прибор к Сети на спор. Через интернет на тостер можно было только подавать питание: пока сигнал идет, тосты жарятся.

Концепция и термин были определены в 1999 году инженером Кевином Эштоном в Массачусетском технологическом институте. В презентации под названием «Интернет вещей» он назвал главную особенность объектов такой системы – наличие радиочастотной идентификационной метки (RFID). Позже в том же году Эштон основал Центр автоматической идентификации (Auto-ID Center), где разрабатывались различные типы подобных меток. Наиболее примитивные позволяли лишь считывать данные на расстоянии, а самые сложные были оснащены собственной памятью, сенсорами, аккумуляторами.

2008 год стал символическим рубежом: количество подключенных к интернету устройств превысило население Земли – 6,8 млрд на тот момент. В список вошли не только объекты интернета вещей как таковые, но и вообще вся подключенная к сети электроника, включая компьютеры, мобильные телефоны и смартфоны.

Сегодня индустрия активно растет. Согласно исследованию Strategy Analytics, в 2015 году устройств интернета вещей в мире насчитывалось 15 млрд, а к концу 2018‑го их количество почти удвоилось и составило 28 млрд. По прогнозу компании, в 2025‑м цифра составит 38,6 млрд, а 50‑миллиардная отметка будет преодолена в 2030‑м. По данным сервиса Statista, объем мирового рынка IoT в 2018 году составил $164 млрд, а к 2025‑му он вырастет в 10 раз и составит $1,6 трлн. Исследование McKinsey Global Institute еще более оптимистично: от $4 трлн до 11 трлн в 2025 году. Компания IDC Russia сообщает, что в 2018 году объем российского рынка IoT достиг $3,67 млрд, а его перспектива к 2022‑му – $7,61 млрд.

К прогнозам стоит подходить с большой осторожностью. Современные технологии слишком мало развиты для того, чтобы в полной мере реализовать весь потенциал IoT. Более того, если где-то достаточно эволюционного развития, которое происходит постоянно, то по крайней мере в одной сфере потребуется своя технологическая революция.

Электричество из воздуха

Речь идет об аккумуляторах. Эффективности современных литий-ионных и литий-полимерных батарей едва хватает для смартфонов (требуется зарядка раз в сутки), ноутбуков (1–2 раза в сутки), электрокаров (каждые 300–500 км) и дронов (каждые 20 минут полета). Это невысокая автономность, но проблема решается с помощью портативных аккумуляторов и зарядных станций: главное – не забыть вовремя «подкормить» устройство.

С интернетом вещей все не так просто. Предполагается, что в одной сети, например, умного дома или города будет находиться огромное количество объектов. Уследить за ними можно, но заряжать каждый – большая логистическая проблема. Хорошо, если устройство стационарное и подключается к электросети: это не всегда удобно, но некритично. Для беспилотных дронов и автомобилей можно установить зарядные станции. Потребуются инвестиции в создание инфраструктуры и специального ПО, которое будет отслеживать заряд батареи и регулировать процесс зарядки, но в целом тоже ничего невозможного. Например, в Швеции в апреле 2018 года был открыт тестовый участок дороги длиной 2 км с рельсой для подзарядки электрокаров на ходу. Один километр такой дороги стоит 1 млн евро, что в 50 раз дешевле прокладки шведской трамвайной линии.

Но когда речь заходит о действительно повсеместном внедрении IoT – в авиацию, сельхозпромышленность, спасательные службы и т. д., – вопрос автономности и энергоэффективности встает со всей остротой. Большое количество устройств и датчиков потребует много энергии, «добыть» которую оперативно и в нужном количестве либо очень сложно и дорого, либо вовсе невозможно. Инженеры и ученые работают над решением проблемы по двум направлениям: увеличение емкости батарей и продвинутые способы зарядки. По большей части, правда, безуспешно.

Актуальные технологии позволяют лишь незначительно наращивать энергоэффективность батарей, а экспериментальные альтернативы пока не дают нужного эффекта. Наибольшие надежды индустрия возлагает на графен: предполагается, что именно он сможет в числе прочего лечь в основу тонких, легких и при этом сверхъемких АКБ. Однако за 15 лет, прошедших с момента первого получения этого вещества, наладить промышленное производство качественного графена так и не удалось.

В 2010 году была анонсирована технология получения электричества прямо из радиоволн. В середине 2010‑х ходили слухи о том, что крупные компании, включая Apple, вот-вот представят коммерческие устройства, которые заряжаются «по Wi-Fi», то есть получают энергию от радиоточки на расстоянии в несколько десятков метров. В этом году компания Spigen обещала представить чехол для смартфонов Cota Real Wireless Power, который позволит получать энергию по воздуху на расстоянии до 10 м от источника. Если технология окажется рабочей, в перспективе это решит проблему питания мобильных устройств, в том числе IoT, раз и навсегда. Пока же ученые работают над тем, чтобы максимально эффективно использовать энергию солнца, воздуха, вибраций земли – всего, что доступно вдали от городов и крупных энергосетей.

Вавилонская башня IoT

Актуальных стандартов беспроводной связи хватает для повседневных задач: общение, просмотр видео из Сети, работа в «облачных сервисах» и т. д. Однако IoT предполагает стремительный рост количества подключенных к интернету устройств. Виктор Лобачев утверждает: «Для активного развития интернета вещей нужно внедрить протокол стандарта 5G – он позволит гораздо более эффективно работать с большим количеством приборов. Это уже делается во всем мире». За последний год в мире было развернуто несколько тестовых 5G-сетей, а одна из крупнейших конференций по электронике, MWC Shanghai 2019, была почти полностью посвящена сетям нового поколения и ее применению для интернета вещей.

В качестве альтернативы разрабатывается стандарт LPWAN – вариация технологии Wi-Fi, подразумевающая прямое взаимодействие устройств с базовой станцией широкого радиуса действия. В отличие от Wi-Fi (ограничение до 100 м), LPWAN может обеспечивать покрытие до 15 км, а преимущество стандарта перед сотовыми вышками – высокая энергоэффективность (на тех же аккумуляторах устройства будут работать дольше). Однако разработчикам предстоит решить главную проблему – низкую пропускную способность, поскольку большое количество устройств потребует широкого канала связи.

Поскольку мы говорим об устройствах, производимых компаниями из разных стран для международного рынка, автоматически встает вопрос стандарта связи между ними. Устройства системы Apple HomeKit, Xiaomi и «Яндекса», скорее всего, не будут работать между собой и в одной сети умного дома, не говоря уже о взаимодействии решений для производств и медицинских учреждений.

Такие компании, как Open Connectivity Foundation, Internet Engineering Task Force, Zigbee Alliance, имеют собственные стандартные протоколы, но между собой пока договориться не могут. В мае 2019‑го технический комитет «Кибер-физические системы» при Росстандарте РФ получил статус соредактора международного стандарта ISO/IEC технологии интернета вещей. 24 июня комитет представил проекты предварительных национальных стандартов, до сентября они доступны для открытого обсуждения, после чего будут представлены в ISO/IEC.

«Также нет качественных решений по части платформы, – сетует Виктор Лобачев. – Когда данные собраны и обработаны, их надо как-то применять. На производстве – принимать конкретные управленческие решения, в медицине – ставить диагнозы и назначать лечение. Здесь с точки зрения интернета вещей полноценных решений нет, есть частично реализуемые. Однако разработки в этом направлении активно ведутся».

Куда приводят мечты

Куда заведут нас воплощения пророчеств Николы Тесла о «всеземном мозге», предсказать невозможно. Помимо внедрения интернета вещей в существующие мегаполисы, ряд арабских и азиатских стран планирует возводить города, где все объекты инфраструктуры будут объединены в единую цифровую сеть. Только Китай планирует построить до 500 таких полисов. В 2017 году наследный принц Саудовской Аравии Мухаммед бен Салман объявил о планах построить город Neom стоимостью более $500 млрд, первый этап строительства должен быть завершен в 2025 году. Но пока это больше фантастические проекты, нежели реальность завтрашнего дня.

Единственное, на чем однозначно сходятся аналитики: рынок интернета вещей будет неуклонно расти. Один только массовый запуск сетей 5G в ближайшие годы заметно его стимулирует. Но уже сегодня, по данным Aruba Networks и ряда других компаний, около 90% всех крупных производств в мире внедрили IoT-решения хотя бы на пилотном уровне. В России, по различным оценкам, этот показатель находится в районе 70% – опять же с перспективой роста.

Иными словами, революция как революция: потрясения точно будут, а к чему приведут, покажет только время. На ваших умных часах.