الدرس الأول مجالات تطبيق إنترنت الأشياء
انظر إلى مدخل الدرس، حيث يبدأ تطبيق تقنيات إنترنت الأشياء في الرعاية الصحية الذكية. الفكرة هنا هي الانتقال من النظام الطبي التقليدي الذي ينتظر المريض حتى يحضر للمستشفى، إلى نظام استباقي يراقب المؤشرات الحيوية عبر المستشعرات والأجهزة القابلة للارتداء. انظر إلى الشكل التوضيحي الذي يربط بين مستشعر نبض القلب على جسم الإنسان، مرورا بنقطة الوصول والإنترنت، وصولا إلى مراقبة حالة الطوارئ. هذا التسلسل يعني أن النبض يُقاس لحظيا، وتُرسل البيانات عبر الشبكة، فيتلقى الطبيب تنبيها فوريا لو حدث أي خلل. هكذا يتحول العلاج من رد فعل بعد وقوع المرض إلى وقاية مستمرة تضمن سرعة التدخل في حالات الطوارئ وتخفض تكاليف الخدمات الطبية.
يقوم الدرس على ربط تقنيات إنترنت الأشياء بمجالات تطبيقية عملية في الحياة اليومية، وتحديدا في قطاعين رئيسيين هما الرعاية الصحية والزراعة الذكية. في الرعاية الصحية، تعتمد الفكرة على استخدام الأجهزة القابلة للارتداء ومستشعرات الجسم لجمع المؤشرات الحيوية للمريض وإرسالها عبر الإنترنت لتشخيص الأمراض عن بعد وتقديم الرعاية الفورية. أما في الزراعة الذكية، فتعتمد على استخدام تقنيات مثل الطائرات دون طيار ومستشعرات التربة لجمع البيانات وتحليلها لتحسين كفاءة الري وتحديد كميات المياه والعناصر الغذائية بدقة. مثال ذلك: استخدام الساعة الذكية لقياس ضغط الدم ومعدل ضربات القلب وإرسال البيانات تلقائيا للجهات الصحية عبر الحوسبة السحابية.
الفكرة الأساسية
تدور فكرة الدرس حول استثمار تقنيات إنترنت الأشياء وتطبيقاتها في مجالات حيوية محددة لتطوير العمل فيها ورفع مستوى جودتها. يركز الدرس على مجالين أساسيين هما الرعاية الصحية الذكية والزراعة الذكية، حيث تتحول الأجهزة التقليدية إلى أنظمة متصلة تجمع البيانات وتanalysها وتتخذ القرارات المناسبة بناء عليها.
الشرح
في مجال الرعاية الصحية الذكية، يظهر مفهوم إنترنت أشياء الرعاية الصحية كحل تقني يربط الأشخاص بخدمات الرعاية عبر شبكة متصلة. يتيح ذلك للأطباء مراجعة التقارير والسجلات الطبية وتقديم التشخيص والتوصيات دون الحاجة للوجود الفعلي مع المريض. يعتمد هذا النظام على الأجهزة القابلة للارتداء التي توضع على جسم الإنسان لجمع البيانات الصحية ومعالجتها مثل مخطط كهرببية القلب، ومخطط كهرببية الدماغ، ومخطط كهرببية العضل. كما تعتمد على شبكة مستشعرات الجسم التي تحتوي على عقد استشعار ذات قدرات حوسبية وتخزين وإرسال لاسلكي، لتراقب مؤشرات مثل معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم ومعدل التنفس، وترسل هذه البيانات عبر الإنترنت إلى المستشفى الذكي. تشمل التطبيقات مراقبة ضغط الدم، ومراقبة الألم عبر قياس تعابير الوجه ومدخلات فسيولوجية، ومراقبة النوم لكشف انقطاع النفس الانسادي، ومراقبة الأمراض وعلم الأمراض، ومراقبة الأشخاص ذوي الإعاقة عبر الكراسي المتحركة الذكية المزودة بتقنية قياس المسافات ثلاثية الأبعاد وتقنية تحديد المواقع العالمي.
أما في مجال الزراعة الذكية، فيتيح إنترنت الأشياء ترشد استخدام الموارد كالأرض والمياه والأسمدة، وحماية البيئة، وخفض تكاليف الإنتاج. يتضمن ذلك الزراعة الدقيقة التي تعتمد على مستشعرات التربة والمركبات الجوية دون طيار لجمع البيانات عن رطوبة التربة ودرجة حرارتها وموقع النبات، واستخدام مستشعرات الإضاءة المرئية، ومستشعرات الأشعة تحت الحمراء الحرارية، ومستشعرات التصوير متعددة الأطياف. كما يشمل الري الدقيق الذي يزود جذور النباتات بقطرات الماء ببطء لحفظ العناصر الغذائية، والزراعة العمودية التي تزرع النباتات بنطاق رأسي في مساحات صغيرة بمناخ داخلي مثالي بعيد عن المؤثرات الخارجية.
مثال محلول خطوة بخطوة
لنفترض أن مريضا يعاني من أمراض مزمنة في القلب ويرتدي جهازا قابلا للارتداء يراقب مؤشراته الحيوية: الخطوة الأولى: يقوم مستستعر تدفق الدم ومستشعرات مخطط كهرببية القلب المدمجة في الجهاز بجمع البيانات الحيوية للمريض باستمرار. الخطوة الثانية: تحول الأجهزة هذه المؤشرات إلى مخارج كهربائية رقمية وتجمع البيانات المتعلقة بضربات القلب ونبضاته. الخطوة الثالثة: ترسل هذه البيانات عبر شبكة الإنترنت إلى المستشفى الذكي بفضل اتصال الأجهزة ببعضها. الخطوة الرابعة: تتلقى خوارزميات الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية هذه البيانات لتحليلها وتوقع أي حالة طارئة. الخطوة الخامسة: يصدر النظام تنبيها فوريا للطبيب المختص لإجراء التدخل العلاجي المناسب قبل تدهور حالة المريض.
أخطاء شائعة
الاعتقاد بأن الأجهزة الطبية القابلة للارتداء تعمل بمعزل عن شبكة الإنترنت ولا تحتاج إلى تقنيات الحوسبة السحابية أو الذكاء الاصطناعي لمعالجة البيانات. الظن بأن استخدام الطائرات دون طيار في الزراعة الدقيقة يقتصر على نوع واحد فقط من المسح ولا يحتاج إلى مستشعرات متعددة للأطياف أو حرارية.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: مم تتكون شبكة مستشعرات الجسم؟ الإجابة: تتكون من شبكة عقدية حساسية يمكن ارتدائها، وتحتوي عقد الاستشعار على قدرات الحوسبة والتخزين والإرسال اللاسلكي بالإضافة إلى الاستشعار، حيث ترسل البيانات إلى جهاز ذكي يتصل بالإنترنت.
السؤال الثاني: ما هي التقنية المستخدمة في الكراسي المتحركة الذكية لرسم خرائط للمحيط الخارجي دون الحاجة لنظام تحديد المواقع العالمي؟ الإجابة: تقنية قياس المسافات ثلاثية الأبعاد.