خانه یا ساختمان هوشمند (اتوماسیون یا دوماتیکس خانگی)

فناوری خانه هوشمند، که همچنین اغلب به عنوان اتوماسیون خانه یا domotics (برگرفته از "domus"  لاتین به معنی خانه) به آن ارجاع می شود، با کنترل دستگاه های هوشمند، اغلب با استفاده از یک برنامه خانه هوشمند بر روی آنها، امنیت، آسایش، راحتی و بهره وری انرژی را برای صاحبان خانه فراهم می کند. بخشی از اینترنت اشیاء (IoT)  ، و سیستم ها و دستگاه های خانه های هوشمند اغلب با هم کار می کنند و داده های مصرف کننده را در بین خود به اشتراک می گذارند و اقدامات را بر اساس ترجیحات صاحبان خانه به صورت خودکار انجام می دهند.
 

نمونه هایی از فناوری های خانه های هوشمند

تقریباً هر جنبه ای از زندگی که در آن فناوری وارد فضای داخلی شده است (لامپ، ماشین ظرفشویی و غیره) شاهد معرفی جایگزینی برای خانه هوشمند بوده است:
 
* تلویزیون های هوشمند برای دسترسی به محتوا از طریق برنامه های کاربردی مانند فیلم و موسیقی درخواستی به اینترنت متصل می شوند. برخی از تلویزیون های هوشمند همچنین شامل تشخیص صدا یا اشاره هستند.
 
* علاوه بر قابلیت کنترل از راه دور و سفارشی، سیستم های روشنایی هوشمند مانند هیو از Philips Lighting Holding B.V.  می توانند زمان حضور ساکنین در اتاق را تشخیص داده و در صورت نیاز نور را تنظیم کنند. لامپ های هوشمند همچنین می توانند خود را بر اساس در دسترس بودن در روز تنظیم کنند.
 
* ترموستات های هوشمند مانند Nest از Nest Labs Inc. دارای Wi-Fi یکپارچه هستند که به کاربران اجازه می دهد دمای خانه را برنامه ریزی، نظارت و کنترل از راه دور کنند. این دستگاه ها همچنین رفتارهای صاحبان خانه را می آموزند و به طور خودکار تنظیمات را تغییر می دهند تا حداکثر راحتی و کارایی را برای ساکنان فراهم کنند. ترموستات های هوشمند همچنین می توانند مصرف انرژی را گزارش کرده و به کاربران یادآوری کنند که فیلترها را تغییر دهند.
 
* با استفاده از قفل های هوشمند و بازکن درهای گاراژ، کاربران می توانند به بازدیدکنندگان اجازه دسترسی یا عدم دسترسی را بدهند. قفل های هوشمند همچنین می توانند زمان نزدیک بودن ساکنان را تشخیص داده و درها را برای آنها باز کنند.
 
* با دوربین های امنیتی هوشمند، ساکنان می توانند هنگام دور بودن یا تعطیلات، از خانه های خود نظارت کنند. سنسورهای حرکت هوشمند همچنین می توانند تفاوت بین ساکنان، بازدیدکنندگان، حیوانات خانگی و سارقین را تشخیص دهند و در صورت تشخیص رفتار مشکوک می توانند مقامات را مطلع کنند.
 
* مراقبت از حیوان خانگی را می توان با تغذیه کننده های متصل به صورت خودکار انجام داد. گیاهان آپارتمانی و چمنزارها را می توان با استفاده از تایمرهای متصل به هم آبیاری کرد.
 
* انواع لوازم آشپزخانه در دسترس است، از جمله قهوه سازهای هوشمند که می توانند یک فنجان قهوه تازه را به طور خودکار در زمان برنامه ریزی شده دم کنند. یخچال های هوشمند که تاریخ انقضا را پیگیری می کنند، لیست خرید تهیه می کنند یا حتی دستور العمل های غذایی را بر اساس مواد موجود در دست تهیه می کنند. اجاق گازها و توسترهای هوشمند کندتر، و در اتاق لباسشویی، ماشین لباسشویی و خشک کن هوشمند در دسترسند.
 
* به عنوان مثال، مانیتورهای سیستم خانگی ممکن است یک افزایش برق را حس کنند و لوازم را خاموش کنند، یا خرابی آب یا یخ زدن لوله ها را حس کنند و جریان آب را ببندند، تا به عنوان مثال زیرزمین را آب نبرد.
   
تصویر: کیت روشنایی هوشمند هو از فیلیپس.
 

مزایا و معایب خانه هوشمند

یکی از مهم ترین مزایای اتوماسیون خانه، آرامش خاطر صاحبان خانه است که به آنها این امکان را می دهد تا از راه دور خانه های خود را زیر نظر داشته باشند و با خطراتی مانند قهوه ساز که بر اثر فراموشی روشن مانده یا درب ورودی قفل نشده مقابله کنند.
 
خانه هوشمند برای سالمندان نیز مفید است، زیرا می تواند به افراد مسن کمک کند تا در خانه راحت و ایمن بمانند، نه این که به خانه سالمندان منتقل شوند یا به مراقبت 24 ساعته در خانه نیاز داشته باشند.
 
خانه های هوشمند می توانند ترجیحات کاربر را برای راحتی در خود جای دهند. به عنوان مثال، کاربران می توانند درب گاراژ خود را برای باز کردن، چراغ ها برای روشن شدن، شومینه را برای روشن شدن و آهنگ های مورد علاقه خود را برای پخش شدن آماده کنند.
 
اتوماسیون خانگی همچنین به مصرف کنندگان در بهبود کارایی کمک می کند. به جای روشن گذاشتن تهویه مطبوع در تمام طول روز، یک سیستم خانه هوشمند می تواند رفتارها را بیاموزد و مطمئن شود که خانه تنها در زمان بازگشت صاحبان خانه از محل کار خنک و مطبوع است. در مورد لوازم خانگی نیز همین طور است. با سیستم آبیاری هوشمند، چمنزار فقط در مواقع نیاز و با مقدار دقیقِ آبِ مورد نیاز، آبیاری می شود. با اتوماسیون خانگی، از انرژی، آب و سایر منابع به طور مؤثرتری استفاده می شود، که به صرفه جویی، به منابع طبیعی و هزینه مصرف کننده کمک می کند.
 
به هر حال، سیستم های اتوماسیون خانگی تا حدی به دلیل ماهیت فنی خود تقلا کرده اند به جریان اصلی تبدیل شوند. یک اشکال خانه های هوشمند پیچیدگی درک شده آنها است؛ برخی از افراد با فناوری مشکل دارند یا با اولین ناراحتی از آن دست می کشند. تولیدکنندگان و اتحادیه های خانه های هوشمند بر روی کاهش پیچیدگی و بهبود تجربه کاربر کار می کنند تا آن را برای کاربران در انواع مختلف سطوح فنی لذت بخش و مفید سازند.
 
برای این که سیستم های اتوماسیون خانگی واقعاً مؤثر باشند، دستگاه ها باید بدون در نظر گرفتن سازنده با یکدیگر همکاری داشته باشند و از پروتکل یکسان یا حداقل پروتکل های مکمل استفاده کنند. از آن جا که این بازار نسبتاً جدید است، هنوز هیچ استاندارد طلایی برای اتوماسیون خانه وجود ندارد. با این حال، اتحادیه های استاندارد با تولیدکنندگان و پروتکل ها همکاری می کنند تا از قابلیت همکاری و تجربه بدون دردسر کاربر اطمینان حاصل شود.
 
مسئله مهم دیگر امنیت خانه هوشمند است. یک گزارش NTT Data Corp. 2016 نشان داد که 80 درصد از مصرف کنندگان آمریکایی نگران امنیت داده های خانه هوشمند خود هستند. اگر هکرها بتوانند به یک دستگاه هوشمند نفوذ کنند، به طور بالقوه می توانند چراغ ها و دزدگیرها را خاموش کرده و قفل درها را باز کنند و یک خانه را در برابر نفوذ بی دفاع نگه دارند. علاوه بر این، هکرها می توانند به طور بالقوه به شبکه صاحب خانه دسترسی پیدا کنند که منجر به حملات بدتر یا حذف اطلاعات می شود. در اکتبر سال 2016، بات نت IoT Mirai توانست بخش هایی از اینترنت را در یک سری حملات توزیع شده خدمات (DDoS) با استفاده از دوربین ها، DVR  ها و روترها به عنوان نقاط ورود، از بین ببرد.
 
علاوه بر امنیت خانه، بسیاری از مخالفان خانه های هوشمند نگران حفظ حریم خصوصی داده ها هستند. گزارش داده های NTT  نشان می دهد 73 درصد از مصرف کنندگان نگران حریم خصوصی داده های به اشتراک گذاشته شده در دستگاه های خانه هوشمند خود هستند. در حالی که تولیدکنندگان دستگاه های هوشمند و پلتفرم های خانگی ممکن است داده های مصرف کننده را برای مناسب تر کردن محصولات خود یا ارائه خدمات جدید و بهبود یافته به مشتریان جمع آوری کنند، اعتماد و شفافیت برای تولیدکنندگان که به دنبال جذب مشتریان جدید هستند بسیار مهم است.
 

نحوه عملکرد خانه های هوشمند / اجرای خانه هوشمند

خانه های تازه ساخته شده اغلب با زیرساخت های خانه های هوشمند ساخته می شوند. از سوی دیگر، خانه های قدیمی می توانند با فناوری های هوشمند مجهز شوند. در حالی که بسیاری از سیستم های خانه های هوشمند هنوز روی X10 یا Insteon  کار می کنند، محبوبیت بلوتوث و Wi-Fi افزایش یافته است.
 
Zigbee  و Z-Wave دو پروتکل رایج ارتباطات اتوماسیون خانگی هستند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند. هر دو از فناوری های شبکه مش، و سیگنال های رادیویی کوتاه برد و کم قدرت برای اتصال سیستم های خانه هوشمند استفاده می کنند. اگرچه هر دو برنامه های کاربردی خانه های هوشمند یکسانی را هدف قرار می دهند، برد Z-Wave 30 متر تا 10 مترِ مربوط به Zigbee است، در حالی که Zigbee اغلب پیچیده تر تلقی می شود. تراشه های Zigbee  در چندین شرکت در دسترس هستند، در حالی که تراشه های Z-Wave فقط در Sigma Designs  در دسترس هستند.
 
خانه هوشمند مجموعه ای از وسایل و لوازم هوشمند متفاوت نیست، بلکه وسایلی است که با هم کار می کنند تا یک شبکه قابل کنترل از راه دور ایجاد شود. همه دستگاه ها توسط یک کنترل کننده اصلی اتوماسیون خانگی کنترل می شوند، که اغلب به عنوان مرکز یا هاب خانه هوشمند نامیده می شود. هاب خانه هوشمند یک دستگاه سخت افزاری است که به عنوان نقطه مرکزی سیستم خانه هوشمند عمل می کند و قادر به حس، پردازش داده ها و ارتباط بی سیم است. این برنامه همه برنامه های متفاوت را در یک برنامه خانه هوشمند واحد ترکیب می کند که می تواند از راه دور توسط صاحبان خانه کنترل شود. نمونه هایی از هاب های خانه های هوشمند عبارتند ازAmazon Echo ، Google Home ، Insteon Hub Pro ، Samsung SmartThings  وWink Hub.
 
برخی از سیستم های خانه های هوشمند را می توان از ابتدا ایجاد کرد، به عنوان مثال، با استفاده از Raspberry Pi یا سایر بوردهای نمونه اولیه. بقیه را می توان به عنوان یک کیت خانه هوشمند - که به عنوان پلتفرم خانه هوشمند نیز شناخته می شود - خریداری کرد که شامل قطعات مورد نیاز برای شروع یک پروژه اتوماسیون خانه است.
 
در سناریوهای ساده خانه هوشمند، رویدادها را می توان زمان بندی کرد یا شروع کرد. به عنوان مثال، رویدادهای زمان بندی شده بر اساس یک ساعت تنظیم می شوند، به عنوان مثال، پایین آوردن پرده ها در ساعت 6 بعد از ظهر، در حالی که رویدادهای تحریک شده بستگی به اقدامات سیستم خودکار دارد. به عنوان مثال، هنگامی که تلفن هوشمند صاحبخانه به در نزدیک می شود، قفل هوشمند باز می شود و چراغ های هوشمند روشن می شوند.
 
یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (AI) به طور فزاینده ای در سیستم های خانه های هوشمند رواج یافته است و به برنامه های اتوماسیون خانه اجازه می دهد تا با محیط خود سازگار شوند. به عنوان مثال، سیستم های فعال شده با صدا، مانند Amazon Echo  یاGoogle Home ، دارای دستیارهای مجازی هستند که خانه هوشمند را با توجه به ترجیحات و الگوهای ساکنان یاد می گیرند و شخصی سازی می کنند.
اتوماسیون خانگی همچنین به مصرف کنندگان در بهبود کارایی کمک می کند. به جای روشن گذاشتن تهویه مطبوع در تمام طول روز، یک سیستم خانه هوشمند می تواند رفتارها را بیاموزد و مطمئن شود که خانه تنها در زمان بازگشت صاحبان خانه از محل کار خنک و مطبوع است.   
تصویر: معماری ساختمان هوشمند
 

ساختمان های هوشمند

در حالی که هر خانه هوشمند یک ساختمان هوشمند است، هر ساختمان هوشمند یک خانه هوشمند نیست. ساختمان های شرکتی، تجاری، صنعتی و مسکونی در هر شکل و اندازه - از جمله ادارات، آسمان خراش ها، ساختمان های آپارتمانی، و دفاتر و اقامتگاه های چند مستأجره - از فناوری های اینترنت اشیاء برای بهبود بهره وری ساختمان، کاهش هزینه های انرژی و تأثیرات زیست محیطی و اطمینان از امنیت و همچنین افزایش رضایت سرنشینان استفاده می کنند.
 
بسیاری از فناوری های هوشمند مورد استفاده در خانه هوشمند از جمله در مورد روشنایی، انرژی، گرمایش و تهویه مطبوع ، و سیستم های امنیتی و دسترسی به ساختمان در ساختمان های هوشمند نیز استفاده می شود.
 
برای مثال، یک ساختمان هوشمند می تواند هزینه های انرژی را با استفاده از حسگرهایی که تعداد سرنشینان یک اتاق را تشخیص می دهد، کاهش دهد. درجه حرارت می تواند به طور خودکار تنظیم شود، و اگر سنسورها یک اتاق کنفرانس کامل را تشخیص دهند، هوای خنک را روشن می کند، یا اگر همه افراد دفتر روزانه به خانه رفته اند، گرما را کم می کند.
 
ساختمان های هوشمند همچنین می توانند به شبکه هوشمند متصل شوند. در این جا، اجزای ساختمان هوشمند و شبکه برق می توانند با یکدیگر "صحبت" کنند و به همدیگر "گوش دهند". با استفاده از این فناوری، می توان توزیع انرژی را به طور کارآمد مدیریت کرد، تعمیر و نگهداری را می توان به صورت پیشگیرانه مدیریت نمود و به قطع برق سریع تر پاسخ داد.
 
فراتر از این مزایا، ساختمان های هوشمند می توانند از نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه برای مالکان و مدیران ساختمان استفاده کنند. به عنوان مثال وقتی سنسورها دیده بانی کنند که صابون یا دستمال کاغذی کم است سرایداران می توانند وسایل سرویس بهداشتی را دوباره پر کنند. یا می توان تعمیر و نگهداری و خرابی ها را در سیستم تبرید ساختمان، آسانسور و سیستم های روشنایی پیش بینی کرد.
 

منشأهای خانه هوشمند

با انتشار X10 در سال 1975، یک پروتکل ارتباطی برای اتوماسیون خانه، خانه هوشمند، زمانی که یک رؤیای بزرگ در Jetsons  بود، زنده شد. X10 انفجارهای اطلاعات دیجیتالی رادیویی با فرکانس 120 کیلوهرتز (RF) را به سیم کشی برق موجود در خانه به طرف پریزها یا کلیدهای قابل برنامه ریزی ارسال می کند. این سیگنال ها دستوراتی را به دستگاه های مربوطه منتقل می کنند و نحوه و زمان عملکرد دستگاه ها را کنترل می کنند. به عنوان مثال، یک فرستنده می تواند سیگنالی را در امتداد سیم کشی برق خانه ارسال کند و به دستگاه بگوید در یک زمان خاص روشن شود.
 
با این حال، از آن جا که سیم کشی برق به گونه ای طراحی نشده است که عاری از نویز باند رادیویی باشد، X10  همیشه کاملاً قابل اعتماد نبود. سیگنال ها از بین می رفتند و در برخی موارد، سیگنال ها از مدارهایی که روی قطب های مختلف سیم کشی شده بودند عبور نمی کردند، که این هنگامی اتفاق می افتاد که سرویس 220 ولت به یک جفت تغذیه 100 ولت تقسیم می شد، همان طور که در ایالات متحده متداول است. به علاوه، X10  در ابتدا یک فناوری یک طرفه بود، و بنابراین در حالی که دستگاه های هوشمند می توانستند دستورات را بگیرند، نمی توانستند داده ها را به یک شبکه مرکزی ارسال کنند. اما بعداً، دستگاه های دو طرفه X10 در دسترس قرار گرفت، البته با هزینه ای بالاتر.
   
تصویر: خانه هوشمند خانه
 
هنگامی که شرکت اتوماسیون خانگی Insteon در سال 2005 وارد صحنه شد، فناوری ای را معرفی کرد که سیم کشی برق را با سیگنال های بی سیم ترکیب می کرد. پروتکل های دیگر، از جمله Zigbee وZ-Wave ، از آن زمان برای مقابله با مشکلات مستعد X10 ظاهر شده اند، اگرچه X10 هنوز یک پروتکل ارتباطی گسترده نصب شده است..
 
Nest Labs  در سال 2010 تأسیس شد و اولین محصول هوشمند خود، Nest Learning Thermostat  را در سال 2011 منتشر کرد. این شرکت همچنین آشکارسازهای دود / مونوکسید کربن هوشمند و دوربین های امنیتی ایجاد کرد. پس از تصاحب آن توسط گوگل در سال 2015، در همان سال زیرمجموعه Alphabet Inc  شد.
   
تصویر: نسل سوم ترموستات Nest
 
در سال 2012، SmartThings Inc  یک کمپین Kickstarter راه اندازی کرد و 1.2 میلیون دلار برای تأمین بودجه سیستم خانه هوشمند خود جمع آوری کرد. پس از تزریق بودجه اضافی، این شرکت در آگوست 2013 به بازار آمد و در سال 2014 توسط سامسونگ خریداری شد.
 
اخیراً، شرکت هایی از جمله آمازون، اپل و گوگل محصولات خانه هوشمند خود و پلتفرم های domotics خود، از جملهAmazon Echo ، Apple HomeKit  و Google Home را منتشر کرده اند.
 
منبع: شارون شی، IoT Agenda