خانه های هوشمند

تاریخچه خانه های هوشمند خیلی طولانی نیست و این صنعت همچنان در حال توسعه است. عنوان خانه های هوشمند برای اولین بار (با توجه  به خانه های هوشمند کنونی) در سال 1984 توسط انجمن ملی سازندگان خانه در آمریکا معرفی شد. از آن زمان، تولیدکنندگان مختلف در حال توسعه فناوری برای خانه ها بوده اند. توسعه کند خانه های هوشمند به دلیل عدم انگیزه و علاقه به کارهای خانگی، تمرکز بر توسعه لوازم خانگی مستقل و مشارکت کم مصرف کنندگان در طراحی بوده است. ولی از طرف دیگر افزایش سرعت پهنای باند، کیفیت بالای فناوری بی‌سیم و کاهش قیمت لوازم الکترونیکی، فناوری خانه‌های هوشمند را قادر ساخته تا رشد کند و به شرایط فعلی خود برسد. و همزمان با آن، فناوری های تعاملی به کمک توسعه تکنولوژی و دیجیتالی شدن محصولات رشد کرده است.

با وجود اینکه فناوری و رسانه های اجتماعی تقریباً در همه جای دنیا اطلاعات را در دسترس قرار داده اند، تقریبا 27 درصد مردم هرگز در مورد برنامه های کاربردی خانه هوشمند چیزی نشنیده اند. در بعضی از مقالات تحقیقاتی علل این موضوع بررسی شده و اکنون میتوان گفت که دلیل تضاد بین آنچه مردم به آن نیاز دارند و آنچه در بازار وجود دارد، به دلیل چشم انداز روشن از مزایای کاربر محور است.

این امر منجر به این واقعیت شده است که بازار فناوری خانه هوشمند در مراحل اولیه رشد قرار بگیرد. اندازه بازار خانه هوشمند در سال 2020 بر اساس اندازه و گزارش پیش بینی بازار خانه های هوشمند جهانی حدود 98 میلیارد دلار ارزیابی شده بود. در ادامه ارزش سرمایه گذاری در در اکوسیستم خانه هوشمند را نمایش داده ایم تغییرات این سرمایه گذاری تا سال 2018 را نمایش میدهد.

از تصویر اول می توان دریافت که سرمایه گذاری ها به ویژه در سیستم های امنیتی و ایمنی افزایش یافته است. و در سال 2016 سرمایه گذاری در حوزه امنیت و ایمنی 900 میلیون دلار بوده است که از مجموع سایر حوزه ها در سال های قبل بیشتر است. اگرچه سرمایه گذاری ها در دو سال بعد از آن کاهش یافته است، اما به طور کلی سرمایه گذاری در فناوری خانه های هوشمند افزایش یافته است. همچنین ارزش سرمایه گذاری ها از حدود  367 میلیون دلار به بیش از 2 میلیارد دلار رسیده است. بنابراین، بر اساس ارزش سرمایه گذاری ها نیز می توان گفت که بازارها در مراحل اولیه هستند.

موارد کاربرد خانه های هوشمند

گروهی از محققان تیم تحقیقاتی بوستون (BCG) بازارهای خانه های هوشمند را با Quid تجزیه و تحلیل کرد و 1500 شرکت را پیدا کردند که از هوش مصنوعی (AI) در اکوسیستم خانه های هوشمند استفاده می کنند. آنها شرکتها را به یازده بخش تقسیم کردند و در تصویر 2 اکوسیستم خانه هوشمند را شناسایی کردند. این نمودار حوزه های فناوری را برای موارد استفاده شده نشان می دهد. ما در حال بررسی موارد استفاده شده از طریق 4 گروه کاربری هستیم که در بالا شناسایی کرده ایم.

یکی از مهمترین و شناخته شده ترین حوزه های توسعه، زندگی کمکی (دستیار و کمک حال) است که مربوط به سالمندان است. افراد برای داشتن استقلال و کیفیت زندگی بهتر نیاز به حمایت از عملکردهای شناختی و فیزیکی دارند. ایجاد عمده حسگری است که از مراقبت های بهداشتی تا حرکت فیزیکی را دنبال می کند. این شامل سنسورهایی است که می توانند پوشیدنی باشند یا در محیط یا ترکیبی از هر دو قرار گیرند. سنسورها همچنین می توانند صدا، نور، حرکت و تماس را ارائه دهند. موارد استفاده از زندگی کمکی شامل نظارت بر وضعیت سلامتی، لوازم ارگونومیک و خودکار، کنترل‌کننده‌های لوازم خانگی، هشدارهای اضطراری خودکار و امنیت خودکار (قفل‌های هوشمند، دوربین‌ها و میکروفون‌ها، سنسورهای حرکت هوشمند و غیره) می‌شود. تکنیک های پردازش بصری و صوتی برای کمک به خودکارسازی اپراتورهای انسانی در نظارت بر امنیت و سلامت استفاده می شود. تکنیک های پردازش، مانند تشخیص سقوط، برای تشخیص ناهنجاری ها در فید دیداری یا صوتی استفاده می شود. یکی دیگر از مناطق مهم اکوسیستم برای سالمندان، رباتیک است. ربات‌های سرگرمی برای حفظ سلامت روانی خود با بالا بردن روحیه افراد و همراهی با آنها طراحی شده‌اند.

افراد دارای معلولیت نیز به عنوان گروه هدف زندگی کمکی در نظر گرفته می شوند. آنها گروه کاربری خودشان هستند زیرا نیازهای خاص و ویژه آنها از فناوری خانه هوشمند است. علاوه بر موارد استفاده شده در زندگی کمکی، موارد استفاده شده برای افراد معلول عبارتند از: وسایل کمکی و رباتیک (حرکت، سلامت و توانبخشی)، حسگرهای جسم (قابلیت تشخیص نشتی لوله)، نظارت از راه دور، کنترل از راه دور (چراغ، پنجره، در و غیره)، ارتباطات هوشمند لوازم خانگی (یادآوری برای خرید مواد غذایی، مصرف دارو و غیره)، میزهای هوشمند (برای ردیابی مواد غذایی و مواد مغذی)، دستگاه‌های سیگنال بصری و لمسی، ترکیب‌کننده‌های گفتار و مبلمان هوشمند. برای افراد معلول مهم است که خانه هوشمند از طریق رابط خانه هوشمند از طریق پیام‌های ترکیبی صوتی و تصویری با آنها ارتباط برقرار کند. فناوری تشخیص مخصوصاً برای افراد ناتوان ایجاد شده است تا کنترل راحت‌تر و بهتری بر خانه خود داشته باشند (حرکات و تشخیص چهره، حرکات چشم، کنترل مغز و صدا).

بهبود دهندگان خانه مایلند عملکردهای خانه هوشمند تا حد امکان خودکار و غیرتعاملی باشند تا زندگی راحت‌تر شود. بهبود دهنده‌های خانه خواهان باز و بسته شدن خودکار پرده‌ها، گلدان‌های گیاهی آگاه از وضعیت، روشنایی خودکار و قابل تنظیم، ساعت‌های زنگ دار خودکار، یخچال‌های هوشمند، دستگاه‌های تشخیص گفتار، تهویه مطبوع خودکار و وسایل گرمایشی و کنترل از راه دور مانند قهوه‌ساز و فر و غیره هستند. بهبود دهنده های خانه به رابط کاربری هوشمند خانه نیاز دارند تا استفاده آسان و سیار باشد. همه چیز باید از طریق یک دستگاه کنترل شود، به همین دلیل است که خانه های هوشمند را می توان از طریق تلفن همراه، رایانه شخصی یا دستگاه رابط قابل حمل کنترل کرد. موارد استفاده برای بهبود دهنده های خانه عبارتند از سانسور و تجزیه و تحلیل رفتار، دستگاه ها و لوازم کنترل از راه دور خودکار، اشیاء هوشمند، اشیاء آگاه از وضعیت، تشخیص گفتار و نظارت امنیتی هوشمند (قفل های هوشمند، سنسورهای حرکت هوشمند، دوربین ها، میکروفون ها و غیره).

خدمات خانه های هوشمند و کاربران آنها موظفند از فناوری ها هوشمندانه استفاده کنند. با فناوری‌های خانه هوشمند، حریم خصوصی، امنیت و خطرات فیزیکی وجود دارد. خطر فیزیکی با استفاده نادرست و عملکرد نادرست دستگاه ها و لوازم خانگی شناسایی شده است. مصرف کنندگان نگران کنترل وسایل الکترونیکی از راه دور با خطر فعال ماندن وسایل برای مدت طولانی یا در صورت خرابی هستند. با امنیت و حفظ حریم خصوصی، نگرانی در استفاده نادرست از اطلاعات حریم خصوصی و هک کردن نرم افزار است. مصرف کنندگان نگران اطلاعات شخصی خود هستند که دستگاه های متصل از طریق اینترنت جمع آوری می کنند. بنابراین، مصرف کنندگان تمایلی به فعال کردن خدمات ندارند.

دستگاه های خانه هوشمند فعلی

امروزه انواع مختلفی از وسایل خانه هوشمند/اینترنت اشیا موجود است. این بخش نگاهی سریع به دستگاه هایی که در حال حاضر در بازار موجود هستند را ارائه می دهد. نمونه های ارائه شده در این بخش به جای ارائه جزئیات عمیق یک دستگاه، بر تنوع دستگاه های مختلف متمرکز است. با این حال، نمونه‌های خاص هنوز از دیدگاه یک دستگاه خاص ارائه می‌شوند، به طوری که فهرست‌بندی اطلاعات ملموس‌تری را ارائه می‌کند و مبنای واقعی را برای تجزیه و تحلیل انجام شده در فصل‌های بعدی فراهم می‌کند.

دستگاه‌ها در این لیست از دسته‌های مختلف خانه هوشمند انتخاب شدند تا بتوان وضعیت اکوسیستم خانه هوشمند را مشاهده کرد. برخی از شرکت‌های سازنده این گجت‌ها انتخاب شدند، زیرا آنها بازیگران بزرگی در بازار خانه‌های هوشمند هستند. با این حال همه محصولات موجود در لیست از بازیکنان بزرگ نیستند. برخی از شرکت‌های کوچک‌تر نیز در این فهرست انتخاب شدند تا تنوع گجت‌های خانه هوشمند فهرست شده را تقویت کنند.

پلاگین Wyze یک پلاگین هوشمند لایه فیزیکی ارزان قیمت است که می تواند به عنوان مثال برای کنترل وضعیت یک دستگاه قهوه ساز استفاده شود. پلاگین هوشمند را می توان بدون هاب جداگانه استفاده کرد و می توان آن را با استفاده از Amazon Alexa، Google Assistant یا برنامه تلفن هوشمند جداگانه کنترل کرد. حداکثر توان 15 آمپر را می تواند تامین کند.

دوربین Google Nest مجموعه‌ای از دوربین‌های امنیتی است که می‌توانند در داخل یا خارج از خانه نصب شوند. دوربین ها ویدئویی با وضوح 1080p با قابلیت مادون قرمز برای استفاده در شب ارائه می دهند. دوربین را می توان به عنوان یک دستگاه مستقل از طریق برنامه تلفن همراه استفاده کرد، یا می توان آن را به اشتراک Nest Aware متصل کرد. نمونه ای از دوربین فضای باز را می توان در تصویر 3 مشاهده کرد.

قفل هوشمند آگوست Smart Lock Pro یک قفل هوشمند است که در قسمت داخلی در نصب می شود تا قفل درب را هوشمندتر کند. با استفاده از قفل هوشمند امکان قفل و باز کردن خودکار درب بر اساس حضور شما وجود دارد. قفل را می توان کاملاً از راه دور کنترل کرد، اما این عملکرد مستلزم استفاده از هاب جداگانه ای است که قفل را به اینترنت متصل می کند.

Samsung Family Hub یک یخچال هوشمند است که شامل صفحه نمایش لمسی برای کنترل لوازم خانگی هوشمند و دوربینی برای دیدن داخل یخچال است. دوربین Inbuild را می توان برای بررسی از راه دور محتویات یخچال استفاده کرد. با این حال امروزه از دوربین های یخچال می توان برای تشخیص خودکار آنچه داخل یخچال است نیز استفاده کرد. بر اساس این شناخت ها، یخچال هوشمند می تواند به طور خودکار پیشنهاداتی را ارائه دهد که چه چیزی را باید از فروشگاه مواد غذایی خریداری کرد. نمونه ای از Samsung Family Hub را می توان در تصویر 4 مشاهده کرد.

Phillips Hue White and Color Ambience یک لامپ هوشمند است که بخشی از سری نورپردازی Philips Hue است. لامپ می تواند نور سفید معمولی و سایه های مختلف نور رنگی را بسته به نیاز تولید کند. لامپ را می توان از طریق برنامه تلفن هوشمند از طریق بلوتوث یا دستگاه هاب فروخته شده جداگانه کنترل کرد. نمونه ای از لامپ هوشمند Phillips Hue را می توان در تصویر 5 مشاهده کرد.

Amazon Echo یک مرکز خانه هوشمند است که می تواند برای کنترل دستگاه های خانه هوشمند یا جستجوی اطلاعات از اینترنت با استفاده از دستیار الکسای آمازون استفاده شود. Echo همچنین از پروتکل شبکه Zigbee پشتیبانی می کند و می تواند به عنوان یک هاب برای دستگاه های Zigbee استفاده شود. علاوه بر این، Amazon Echo به عنوان یک پخش کننده موسیقی مستقل کار می کند.

پلتفرم ها، اکوسیستم ها و برنامه های کاربردی خانه های هوشمند

پلتفرم‌ها مجموعه‌ای از فناوری‌ها و استانداردهای مشترک هستند که ارزش را از طریق ایجاد مشترک از طریق احزاب مختلف تخصصی و مکمل ارائه می‌کنند. در عمل پلتفرم‌ها موجودیت‌هایی هستند که تکه‌های مختلف خانه هوشمند را در کنار هم قرار می‌دهند. پلتفرم ها مهم هستند، زیرا امکان استفاده کارآمد از فناوری ها و شایستگی های طرف های مختلف را فراهم می کنند. بنابراین، برای مثال، بر اساس دستگاه‌های نشان‌داده‌شده در بخش 3.2، Wyze تنها می‌تواند بر روی تولید دوشاخه‌های هوشمند تمرکز کند، در حالی که آمازون می‌تواند به ارائه نرم‌افزار برای کنترل دستگاه‌های Wyze رسیدگی کند.

در حال حاضر چندین پلت فرم خانه هوشمند وجود دارد که متعلق به شرکت هایی مانند آمازون، اپل، AT&T، سیسکو، گوگل و سامسونگ است. علاوه بر پلتفرم‌های عمومی بزرگ‌تر، تعداد زیادی پلتفرم خاص سازنده کوچک‌تر مانند راه‌حل‌های Phillips Hue و Orvibo وجود دارد. مزیت تعداد زیاد پلتفرم ها این است که مصرف کنندگان گزینه های متعددی برای انتخاب دارند. اما نقطه ضعف بزرگ پلتفرم‌های متعدد این است که قابلیت همکاری بین پلتفرم‌ها و دستگاه‌ها یک هفته است، که حتی مانع پذیرش دستگاه‌های خانه هوشمند می‌شود. در عمل، تکه تکه شدن فعلی پلتفرم‌ها را می‌توان به شکلی از برنامه‌های کنترلی متعدد از تولیدکنندگان مختلف مشاهده کرد، همانطور که می‌توان از مثال‌های فصل 3.2 استنباط کرد. با این حال، از این به بعد این فصل فقط بر روی پلتفرم‌های بزرگ‌تر تمرکز خواهد کرد، زیرا از دیدگاه خانه‌های هوشمند پیشرفته، این برنامه‌های کنترل ساده بی‌ربط هستند، زیرا اساساً سوئیچ‌های بی‌سیم هستند.

در پاراگراف های بعدی اکوسیستم های Amazon Echo و Google Home / Assistant بیشتر مورد بررسی قرار خواهند گرفت. این دو پلتفرم انتخاب شدند، زیرا هر دو بازیگران مهمی در بازار هستند و احتمالاً حتی رهبران بازار در بخش خانه های هوشمند هستند. حداقل این دو شرکت در حال حاضر رهبران بازار در بازارهای بلندگوهای هوشمند هستند. بلندگوهای هوشمند اولین گام نسبتاً ارزان به سوی پذیرش فناوری‌های خانه هوشمند هستند و راهی برای کنترل دستگاه‌های دیجیتال در داخل خانه فراهم می‌کنند. به همین دلیل است که بلندگوهای هوشمند برای بازیگران اصلی بازار خانه های هوشمند مهم هستند. علاوه بر اهمیت آنها در بازار بلندگوهای هوشمند، آمازون و گوگل چندین بار به عنوان بازیگران اصلی خانه های هوشمند در منابع مختلف نامگذاری شده اند.

آمازون الکسا دستیار دیجیتالی است که توسط آمازون توسعه یافته است که برای اولین بار در بلندگوی هوشمند Echo ظاهر شد. الکسا همچنین یک پلتفرم دیجیتال باز است که توسعه‌دهنده می‌تواند «مهارت‌های» جدید یا خدمات رایج‌تری را ایجاد کند. مهارت های جدید را می توان با استفاده از API های ارائه شده توسط خدمات صوتی الکسا ایجاد کرد. الکسا همچنین دارای برخی از ویژگی های استاندارد است که می تواند توسط توسعه دهندگان مهارت برای ایجاد عملکردهای سفارشی مانند پخش موسیقی، تایمر و مدیریت تقویم استفاده شود. الکسا دارای سه دسته رابط مهارتی مختلف مربوط به دستگاه های خانه هوشمند است. دسته بندی ها به شرح زیر است؛ رابط های مهارت عمومی، انرژی و امنیت خانه هوشمند. در پیوست 1 فهرست مفصل تری از رابط هایی که به دسته کلی خانه های هوشمند تعلق دارند را می توان یافت. لیست کامل انرژی و امنیت خانه را حذف نمی کند زیرا آنها در این مقاله تمرکز ندارند.

رابط های ارائه شده در پیوست 1 اساساً بخشی از لایه انتقال هستند زیرا بخشی از زنجیره ای هستند که داده ها را از یک مکان به مکان دیگر منتقل می کند. دستگاه‌هایی که از این رابط‌ها استفاده می‌کنند، از طرف دیگر لایه فیزیکی هستند، زیرا آنها چیزهایی را که از طریق این رابط‌ها ارتباط برقرار می‌کنند، حس می‌کنند و انجام می‌دهند. خود الکسا می تواند به عنوان لایه پردازش دیده شود زیرا سرویس صوتی الکسا سیگنال صوتی را به فرمتی تبدیل می کند که توسط برنامه هایی که از این رابط ها استفاده می کنند قابل درک باشد. با این حال، الکسا به دلیل ویژگی هایی مانند “روال الکسا” به عنوان بخشی از لایه برنامه نیز دیده می شود. روتین های الکسا قابلیت های گروه بندی شده یا برش های کوتاه توسط کاربر هستند که می توانند برای تعامل سریع با چندین دستگاه تنها با استفاده از یک فرمان استفاده شوند. روال های الکسا را می توان با تعریف ماشه ایجاد کرد که می تواند فرمان صوتی سفارشی و اقداماتی باشد که باید پس از فعال شدن ماشه اتفاق بیفتد. با استفاده از روال های الکسا، کاربر می تواند به عنوان مثال یک روال صبحگاهی ایجاد کند که به طور خودکار به آرامی چراغ ها را روشن می کند، اعلام می کند که آیا پیش بینی می شود و پس از آن مقداری موسیقی مراقبه پخش می کند.

الکسا بخش هوشمند تری نیز دارد که «الکسا هونچ» نام دارد. قوزهای الکسا می توانند بدون هیچ گونه تنظیم صریحی، به عنوان مثال، وقتی کاربر به الکسا “شب بخیر” می گوید، همه چراغ های خانه را هوشمندانه خاموش کنند. علاوه بر مفروضات ساده، ویژگی الکسا huches حتی قادر به یادگیری الگوی استفاده فردی کاربر است و می تواند در صورت مشاهده انحرافات از ریتم های عادی، پیشنهاداتی را ایجاد کند. این نوع رفتار به طور کلی فناوری خانه های هوشمند را یک قدم به سوی زندگی هوشمند واقعاً هوشمند نزدیک می کند.

Google Assistant یک توسعه دهنده دستیار دیجیتالی توسط Google است که ویژگی های سرویس قدیمی Google now را ادغام می کند. دستیار Google از طریق بلندگوی هوشمند Google Home به روشی مشابه قابل دسترسی به الکسا از طریق بلندگوی هوشمند اکو قابل دسترسی است. مانند پیشنهاد آمازون، Google Assistant نیز API های عمومی را ارائه می دهد که می توانند برای اتصال دستیار Google به دستگاه های جدید استفاده شوند. با استفاده از APIهای Google، دستگاه‌ها می‌توانند دستورات را از دستیار Google دریافت کنند و وضعیت خود را برای درخواست‌ها به دستیار اطلاع دهند. در ضمیمه 2 فهرست مفصل‌تری از رابط‌ها یا «Traits» که گوگل آن‌ها را می‌خواند، از دیدگاه کلی خانه هوشمند یافت می‌شود.

به طور مشابه، دستیار گوگل الکسای آمازون روال های خاص خود را دارد که می تواند برای خودکارسازی کارهای روزمره استفاده شود. با این حال، گوگل فاقد ویژگی مشابه Alexa Hunches است که بدون پیکربندی صریح می تواند به کاربر پیشنهاد دهد. بنابراین، در حال حاضر Hunches ویژگی برجسته آمازون الکسا است.

به طور کلی بر اساس اطلاعات ارائه شده در پاراگراف های بالا و ضمائم ذکر شده، می توان بیان کرد که آمازون در حال حاضر در بازار خانه های هوشمند از نظر سطح هوشمندی پلت فرم پیشرو است. با این حال، به نظر می‌رسد گوگل در مقایسه با آمازون دارای مزایای جزئی در رابط‌های دستگاه‌های جامع است، زیرا گوگل دارای تعداد بیشتری از رابط‌های گرانول‌تر است که می‌توانند در آینده، زمانی که سیستم‌های هوشمند پیشرفته‌تر توسعه می‌یابند، سودمند باشند. بر اساس رابط های خالی، هیچ دلیلی وجود ندارد که چرا گوگل نتواند در آینده سیستمی مانند Alexa Hunches را ارائه دهد.

هوش مصنوعی و خانه های هوشمند

استفاده از یادگیری ماشین و سیستم های هوشمند به سرعت در حال افزایش است. تخمین زده شده است که پذیرش سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی در شرکت‌های IT احتمالاً بین سال‌های 2020 تا 2022 تا 95 درصد افزایش خواهد یافت. پذیرش و توسعه راه‌حل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی نیز برای فناوری‌های خانه‌های هوشمند مهم است. راه‌حل‌های نرم‌افزاری هوشمند مورد نیاز است تا فناوری‌های خانه‌های هوشمند بتوانند رویای خانه‌های هوشمند همه‌جانبه را که واقعاً فعالانه عمل می‌کنند، محقق کنند.

جمع بندی

خانه‌های هوشمند و فناوری آن، حوزه‌های تحقیقاتی نسبتاً جدیدی هستند و حوزه‌های تحقیقاتی فرعی آن تنها نتایج مشترک کمی دارند. توسعه فناوری خانه های هوشمند به دلیل تمرکز شرکت های مختلف بر روی دستگاه های خود و عدم وجود کاربران در توسعه، کند بوده است. این به مشکلی منجر شده است که پلتفرم های مختلف با یکدیگر بحث نمی کنند. بزرگترین شرکت هایی که در بازار خانه های هوشمند رقابت می کنند آمازون، اپل، AT&T، سیسکو، گوگل و سامسونگ هستند. آمازون و گوگل بزرگترین اپلیکیشن های کنترلی، آمازون اکو و گوگل هوم را به بازار آورده اند.

بخش اصلی این فناوری، هوش مصنوعی (AI) است که ما از طریق سه عامل تأثیرگذار اصلی بررسی کردیم: داده‌های حسگر، تشخیص گفتار و خودکارسازی ضمنی. این فناوری‌ها خانه‌های هوشمند را قادر می‌سازند تا بدون دخالت ساکنان به طور خودکار مشاهده، تجزیه و تحلیل و عمل کنند. هوش مصنوعی کلیدی است که خانه هوشمند را هوشمند می کند. رفتار ساکنان را تجزیه و تحلیل می کند و یاد می گیرد و اکوسیستم و عملکرد دستگاه ها را روی پلت فرم تنظیم می کند.