Управляющая электроника в бытовой технике19.04

Большинство современных сюжетов кино или компьютерных игр идут почти нос к носу с исследованиями передовых научных институтов. Ученые сегодня не говорят – «этого не может быть», а называют примерный срок появления опытного образца. Так что просмотр новых фантастических блокбастеров – не такое уж праздное занятие. То, каким будет наш мир завтра, какие идеи фантастов обретут материальное, бытовое воплощение – рутинная работа современных инженеров и конструкторов. Завтра начинается сегодня!..

Практически любой уважающий себя производитель бытовой техники сегодня предложил модель с надписью на корпусе «FUZZY». Но ни один не объяснил толком, что это такое. В результате поистине революционный прорыв в микроэлектронике стал не более чем модным аксессуаром современной жизни. Консультант в салоне обычно скажет «ну это что-то типа как бы компьютерное управление» и будет прав лишь отчасти. На самом деле «Fuzzy Logic» – это программно-аппаратный комплекс, способный принимать информацию, анализировать ее и действовать по ситуации, управляя доступными ему устройствами. То есть это уже не совсем компьютер в нашем понимании. Компьютерные программы выполняют четко поставленную задачу по четко заложенной схеме. Программа же, управляемая алгоритмом «Fuzzy» в состоянии… думать!
Многие современные ученые до сих пор считают теорию нечеткой логики («fuzzy» в переводе с английского означает «нечеткий, размытый») шаманством и лженаукой, а ее авторов – баламутами и возмутителями спокойствия. Надо признать, что для этого есть некоторые основания. Эпатажная книга живого классика нечеткой логики Барта Коско (Bart Kosko) «Нечеткое мышление» («Fuzzy Thinking») начинается со слов: «Однажды утром я проснулся и понял, что наука идет не туда». Далее автор на полном серьезе доказывает, что два тысячелетия назад человечество сделало роковую ошибку, заложив в фундамент науки не зыбкую поэтику ранних восточных философий, а выхолощенную двоичную логику Аристотеля. И с тех пор классическая «черно-белая» бинарная логика, зажатая шорами закона «исключенного третьего», все более отдаляется от реального многоцветного мира, где нет ничего абсолютного, а все самое интересное происходит в туманной области между «да» и «нет». Основы нечеткой логики были заложены в конце 60-х годов в трудах известного американского математика Заде (между прочим, принадлежащего к семье выходцев из СССР). Он же дал и название для новой области науки – «fuzzy logic». Свое второе рождение теория нечеткой логики пережила в начале восьмидесятых годов, когда сразу несколько групп исследователей (в основном в США и Японии) всерьез занялись созданием электронных систем различного применения, использующих нечеткие управляющие алгоритмы. К 90-му году появилось около 40 патентов, относящихся к нечеткой логике (30 – японские). Сорок восемь японских компаний образовали совместную лабораторию LIFE (Laboratory for International Fuzzy Engineering), японское правительство финансировало 5-летнюю программу разработок по нечеткой логике, включающую 19 различных проектов – от систем оценки глобального загрязнения атмосферы и предсказания землетрясений до управления заводскими цехами и складами. Результатом выполнения этой программы явилось появление целого ряд новых массовых микрочипов, основанных на нечеткой логике. Сегодня их можно найти в стиральных машинах и видеокамерах, в станках и моторных отсеках автомобилей, в системах управления складскими роботами. Несколько лет назад в мире наблюдался настоящий «бум» в разработке компьютерных изделий, базирующихся на нечеткой логике. Использующая многозначные вероятностные соотношения меры, принадлежности и т.д., нечеткая логика позволяет решать широкий класс задач, не поддающихся формализации. Однако что же представляет собой теория нечеткой логики, сравнимая по своему влиянию на современную науку с теорией нейтронных сетей?

Многие понятия повседневной жизни не укладываются в рамки традиционного компьютерного программирования, «зажатого» двоичной кодировкой «ноль/единица». В отличие от традиционной формальной логики, известной со времен античности, и оперирующей точными и четкими понятиями, нечеткая логика имеет дело со значениями, не укладывающимися в рамки традиционной бинарной логики. Традиционная электроника, пытаясь анализировать задачу в рамках формализма (много-долго/мало-быстро) либо недопустимо примитивизирует работу техники, либо чрезмерно усложняет решение задачи. Для создания действительно интеллектуальных систем необходим математический аппарат, переводящий невнятные и неоднозначные житейские утверждения на язык четких математических формул. Нечеткая логика предлагает более элегантное решение для подобных ситуаций. Алгоритм нечеткой логики сначала описывает какое-либо понятие («много», «быстро», «грязное», «жесткая», «биоактивный»), а затем выполняет над такими величинами весь спектр логических операций – объединение, пересечение, отрицание и др. Грубо говоря, «Fuzzy Logic» – это некий прототип легендарного искусственного интеллекта, способного адекватно взаимодействовать с окружающей средой, ситуациями и человеком. Центральный процессор системы, будь то холодильник или стиральная машина, как бы обладает способностью адаптироваться к условиям внешней среды, обычно содержащим элемент случайности, и запускает механизм более или менее адекватной реакции на происходящее. Электронному мозгу, чтобы решить реальную задачу (например, сохранение заданной температуры в морозильной камере), надо построить динамическую модель среды, в которой существует подконтрольный объект (например, свиная вырезка), просчитать множество причин повышения температуры (не закрыта дверь, вышел из строя агрегат, отключилось электропитание, рядом положили свежую говяжью вырезку и т.д.) и, основываясь на анализе показаний датчиков, принять какое-либо решение (дать звуковой сигнал тревоги, протестировать агрегат, увеличить мощность охлаждения и т.д.). Не факт, что результат будет оптимально соответствовать нашим представлениям о правильном решении. Но можно с уверенностью сказать, что прошедшее отбор решение будет достаточным, чтобы, если не решить задачу на все 100%, то проинформировать хозяина о проблеме. Погрешность датчиков, непредсказуемость реальных ситуаций, способность подстраиваться к изменению «правил игры» и самостоятельно ориентироваться в нештатных ситуациях заставляют разработчиков все более усложнять программную часть машинной логики. Поиск оптимального решения с помощью алгоритмов нечеткой логики начинается с представления параметров решения в виде простейших однобитовых кодов, заложенных разработчиками ситуаций, и их решений. Далее запускаются операции оптимизации, позволяющие получать новые решения из совокупности существующих. Полученная путем «скрещивания» новорожденная программа сохраняется в памяти и впоследствии может стать уже одним из «родителей» новой программы. Далее – все просто. На основе одного-двух начальных решений порождается первое поколение решений, после чего определенный процент наихудших решений уничтожается, а наилучших – скрещивается. Так появляется следующее поколение. Остается только перевести «генетический код» итоговых решений в привычный для двигателя, дозатора или компрессора вид. Поэтому у техники, управляемой «Fuzzy»-алгоритмами, не может быть четко определенного количества программ. Могут быть настроенные на определенные режимы параметры самих устройств – двигателя, термостата, компрессора, дозатора, то есть, того, чем управляет процессор. Электронный мозг сэкономит электроэнергию, воду и моющее средство, продлит ресурс агрегатов, позволит морально не устареть технике. Человеку все меньше и меньше нужно задумываться над тем, как соблюсти параметры работы той или иной техники. Диалоговый интерфейс сам предложит оптимальные режимы выполнения задачи, вам останется лишь подтвердить начало работы. Согласитесь, человеку, homo, между прочим, sapiens, интеллектуальному шедевру эволюции, не пристало думать о таких примитивных вещах, как стирка одежды или оттаивание холодильника. Наша основная задача – думать о прогрессе, творить и созидать. И техника должна освободить нас от унизительной для современного человека рутины быта, должна стать заботливым и эффективным помощником. Для этого она должна стать умной. Умный дом – концепция сегодняшнего дома, реальность дома завтрашнего. Уже создана целая индустрия разработки и производства технических средств автоматизации быта и коммуникабельности хозяина дома. Ведущие мировые производители бытовой техники и электроники объявили о начале программ по компьютеризации своей продукции и разработке единых стандартов для объединения всей домашней техники в сеть. Выпускаемая сегодня техника управляется программируемой электроникой и имеет стандартизированные интерфейсы. А это значит, что буквально через несколько лет домашние компьютерные сети станут объективной реальностью, проданной нам в ощущение. – Это еще зачем? – испуганно спросит читатель, полагая, что на сегодня с него электроники хватит. Ну, во-первых, это еще не сегодня, во-вторых, все, что они (инженеры крупнейших фирм-разработчиков) ни придумывают, все, в конечном итоге, для нашей пользы. Концепцию домашней сети, как и все, с чем мы сталкиваемся последние десять лет, придумал, естественно, Билл Гейтс. Этот человек сотворил новый мир. Мир, в котором человечеству, хочет оно или не хочет, отныне предстоит жить. Процесс необратим. Имя этому миру – цифра, а девиз – «Оцифруем все!». Причем, если Богу понадобилось, по разным источникам, от 6 миллиардов лет до семи дней, то вы можете создать новый цифровой мир в отдельно взятой квартире, потратив всего несколько часов (при наличии энной суммы, конечно). Достаточно сумму эту выложить в грамотном магазине, и вы в плену у «матрицы». Плен сей удобен и приятен. К жизни в цифровом формате привыкаешь настолько быстро, что при воспоминании о прошлой «аналоговой» жизни охватывает уныние. Согласитесь, доступ к любой информации мира возможен в считанные секунды, управление всеми подвластными вам вещами мановением руки, связь с нужным человеком – в любой точке планеты. Разве это не зачаровывающая мечта?.. Цивилизованный мир уже насчитывает тысячи удачных инсталляций. Причем, американцы делают центром сети домашний кинотеатр, а европейцы начинают оцифровку дома с кухни. Так что у вас есть выбор – чей менталитет вам ближе, с того оборудования и начинайте. Главное удобство домашней сети состоит в том, что каждый прибор в доме может иметь свой информационный интерфейс для показа вам своего сиюминутного состояния – чем занят, в каком режиме, сколько еще будет этим заниматься и т.д. Интерфейс каждого прибора сводится на единый монитор. Монитором может служить экран настольного или notebook компьютера, телевизор, пульт ДУ и даже мобильный телефон – как вам удобнее. Отражение текущего состояния работы бытовых приборов – начальная стадия строительства сети. Более глубокая инсталляция принесет вам уже возможность управления этими приборами. Для этого все приборы должны быть оснащены электронным управлением, ибо сеть управляется электроникой. Поэтому, выбирая уже сегодня какую-либо бытовую технику, обратите внимание на то, чем именно в данной модели управляет электроника, и информация о каких процессах выводится на цифровые или иные индикаторы. От этого будет зависеть, управление какими функциями данного прибора специалисты смогут вывести на единый монитор. А, поверьте, рано или поздно, домашние сети станут таким же повсеместным явлением, как компьютер и принтер в офисе. Сколько на это уйдет лет, точно сказать трудно. Но серьезные производители бытовой техники, предлагая дорогие модели, которые прослужат явно более 10 лет, уже сегодня оснащают их электронными компонентами для инсталляции в сеть и возможностью компьютерного обновления программ (upgrade).

Бытовая кухонная электроника также включается в процесс информационного обмена. Пока еще довольно футуристичен холодильник, знающий, какие продукты он хранит, и которому вы можете позвонить из универсама для уточнения списка покупаемых продуктов. Но все необходимые для этого технологии уже существуют – штрих-код, наносимый на все продукты, может считывать встроенный в холодильник сканер, такой же, как на кассе в супермаркете. В дальнейшем, видимо, холодильник сможет связываться с ближайшим супермаркетом самостоятельно, заказывая все необходимое для своего хозяина. Задача – организовать соответствующую инфраструктуру, но это не вопрос технологии, а проблема спроса-предложения. Итак, холодильник-компьютер. Первым такой вид организации кухонного пространства предложили шведские компании Electrolux и Ericsson. Идея, судя по всему, витала в воздухе, ибо не прошло и пары лет, как подобные холодильники были анонсированы Samsung и LG. Причем, корейцы, будучи компаниями многопрофильными (обе имеют собственные серьезные работки и производства полупроводниковых систем), естественно, создали полноценное многофункциональное устройство, отвечающее всем требованиям, предъявляемым к современным как холодильнику, так и компьютеру. Это и цветной сенсорный экран высокого разрешения, и модем, и большая оперативная память, и цифровая камера, и разнообразное программное обеспечение. Что может такой холодильник? Первое – это мониторинг самого себя на предмет неисправностей или замены фильтров, мониторинг продуктов, хранящихся внутри: сроки годности, календарь заморозки и т.д. Затем, встроенное программное обеспечение предлагает календарь с записной книжкой, куда можно заносить важные дела, грядущие события и телефоны, оставлять записки домочадцам, причем, создавая фото или видео послания, и отсылать их по электронной почте, книгу кулинарных рецептов с возможностью обновления из интернета. Также холодильники имеют разнообразную гамму разъемов, что позволяет просматривать на мониторе телевизионные программы, видео и слушать музыку с любого источника. Интеграция Internet во все сферы жизни позволит со временем отказаться от использования различных носителей информации, таких как CD. Развитие формата MPEG и цифровой спутниковой связи предрекают принципиально новый путь развития всемирного шоу-бизнеса. Как фильмы, так и музыку, да практически все уже можно скачивать из различных сетевых баз хранения информация. Так вот, и это будет вменено в обязанности сервера домашней сети. Но, конечно, самое интересное – это организация домашней видеосети. В холодильник встроена камера, и такие же камеры можно расположить по всему дому, и контролировать важные процессы без отрыва, как говорится, от производства. Например, сон и игры ребенка, пока он маленький, и его усердие над уроками, когда он подрос. Можно посмотреть, кто пришел, если вмонтировать камеру в дверь, и с пульта же открыть ее, можно следить за мужем, не уснул ли он перед телевизором, и выключить его, не отрываясь от своих дел. Можно проинспектировать горизонт на предмет собирающихся туч, если установить камеру на крыше дома, и с этого же пульта закрыть моторизованные мансардные окна. А если оснастить домашних видеофонами, то можно общаться глаза в глаза, и не только в пределах дома. И делать это, ни на секунду не отрываясь от любимого сериала, с помощью функции «картинка-в-картинке». Выход в интернет позволит зазвать на обед заработавшегося супруга, передав ему на компьютер картинку шкворчащего жаркого, или разнообразить его суровые рабочие будни видеорядом легкой эротики собственного производства… Разнообразие инсталляционных камер сегодня очень велико. От управляемых, с высоким цветным разрешением и мощной оптикой, беспроводных, которые можно носить по дому с собой или временно крепить в нужном месте, до простейших, размером с сигарету, продающихся сегодня даже на рынках. Короче говоря, уже сегодня можно, если не все, то очень многое. Кроме могучих корейцев и шведов, технологии домашней сети и автоматизации дома волнуют, конечно, всех лидеров отрасли. Пионер данного рынка Siemens, разработавший единый сетевой стандарт i-bus, принятый европейской ассоциацией производителей (сам Siemens называет его «INSTABUS»), одним из первых предложил сетевое решение для кухонной техники с интеграцией в домашнюю сеть и интернет. Параллельно мегаконцерн Siemens является крупнейшим разработчиком цифровой телефонии, став законодателем мод и стандартов для всей территории Европы. Whirlpool думает над выходом в сеть, как локальную, так и глобальную, печей СВЧ для пополнения памяти новыми рецептами. Merloni работает над сетевым брендом Leon@rdo для всей линейки кухонной техники, а стиральная машина Ariston Маргарита2000 уже может контролироваться по интернету. Стандарты DECT/GSM, позволяющие объединять домашний телефон с мобильным и мобильный со спутниковым и интернетом в одной трубке, позволят одинаково легко управлять домом, как из офиса, так и с необитаемого острова. Но если за рубежом потребитель узнает о возможности автоматизации дома от своего архитектора, то у нас ситуация пока обратная – отдельные «продвинутые пользователи» просвещают своих подрядчиков, которые нередко даже не представляют, куда обратиться за помощью в проектировании и установке. Технический прогресс все-таки очень завязан на социально-экономическое состояние общества. Но – не будем сдаваться! Или мы сами будем двигать прогресс, или нам придется по-прежнему плестить в арьергарде мировых чартов уровня жизни.

Тенденции

«Дом – машина для жизни!», – вот главный девиз инженеров завтрашнего дня. И технике не долго осталось жить самостоятельной жизнью. Совсем скоро бытовая техника начнет объединяться в сложные роботизированные агрегаты, интегрированные в жилище на этапе строительства или отделки. Архитектурной дисциплиной станет техническая инсталляция, а производители бытовой техники будут работать не с покупателями, а с девелоперами недвижимости. Конечному потребителю будут предложены на выбор лишь интерфейсы управления техникой. Электронные и софтверные фирмы все активнее предлагают рынку бытовой техники традиционно компьютерные технологии – регистрацию устройства в сети, интерактивное общение с сервисной службой. Вероятно, бытовая техника скоро будет оперировать такими терминами, как «драйвер». Например, к духовому шкафу будут прилагаться драйверы овощного рагу или фирменных полуфабрикатов, попадающие в память прибора с сайта продуктовой компании или кулинарного сетевого сервиса. Сами продукты, их состав, консистенция и упаковка будут унифицированы для автоматического приготовления согласно программным установкам производителя. Думаете, нет? Но всего за 30 лет компьютерные технологии из военной тайны превратились в неотъемлемую часть нашей жизни. Прогнозируя ускорение развития технологий, возьмем на себя смелость предположить, что все вышесказанное войдет в быт в ближайшие 30 лет. Поэтому, если вы собираетесь сегодня строить дом, поинтересуйтесь у архитектора, знакомо ли ему словосочетание сustom installation.

  Обсуждение статьи >>

Информация на этой странице защищена авторскими правами. При использовании любых материалов сайта прямая гиперссылка обязательна.