חיישנים – כתבת פתיחה

בשנים האחרונות אנחנו ערים לקצב הולך וגדל לסוג חדש של הפעלת מכשירים שמבוסס על חיישנים. חיישנים הם לא דבר חדש, אבל קצב הגידול במגוון החיישנים, השילוב שלהם, והתחכום שבפתרונות מבוססי חיישנים מביאים לחיינו סוגי פתרונות שישנו את חיינו בעשור הקרוב

עולם המחשוב שלנו (ויש שיגידו שכל העולם) עובד על העיקרון של פעולה תגובה. אנחנו מתכנתים את כל מכשירי האלקטרוניקה שלנו להגיב בצורה קבועה בהנתן פעולה מסויימת. לדוגמה, בתגובה לפעולה פיזית של הפעלת מתג, הנורה תדלק. בתגובה ללחיצה על כפתורים מסויימים, מכונת הכביסה תפעל בצורה מסויימת. ברוב המקרים, הפעולה שמתבצעת היא פעולה יזומה שתוכננה על ידנו ולכן גם התגובה צפויה. אם ניקח מחשב גינה כדוגמה, אני מתכנת אותו לפי שעות מסויימות וימים מסויימים ולכן התגובה שלו צפויה.

בשנים האחרונות אנחנו ערים לקצב הולך וגדל לסוג חדש של הפעלת מכשירים שמבוסס על חיישנים. חיישנים הם לא דבר חדש, אבל קצב הגידול במגוון החיישנים, השילוב שלהם, והתחכום שבפתרונות מבוססי חיישנים מביאים לחיינו סוגי פתרונות שישנו את חיינו בעשור הקרוב. במאמר זה אנסה לגעת על קצה הקרחון במספר דוגמאות קונקרטיות לחיי היום יום שלנו. אני מאמין שמאוד ייתכן שהעשור הקרוב יהיה עשור החיישנים כשם ששנות ה- 90 היו עשור האינטרנט.

מה כ”כ מיוחד בחיישנים

המח שלנו מגיב לגירויים. המוח הוא למעשה מחשב על בעל יכולת קליטה של מאות מיליוני נתונים בשניה מכל אחד מהחושים שלנו, וכן יכולות עיבוד וזכרון בסדרי גודל אדירים מעל מחשבי העל של היום (ובכל זאת, ישנן פעולות שכל מחשב בסיסי מסוגל לעשות והמח לא). המחשבים היו עד לא מזמן מערכות סגורות בהן הקלט ניתן ע”י אנשים בדר”כ בעזרת מקלדת. אם לחשוב על זה במונחים של חושים, למחשב היה חוש מישוש מאוד מנוון שהתבטא ביכולת שלו לחוש איזה כפתור נלחץ. עולם החיישנים, נותן למחשב שלנו יכולת חושית ומאפשר לנו לתכנת את המחשבים להגיב בצורה מסויימת לכל סוג של גירוי. כדי להגיע ליום (ואני לא נכנס פה לשאלה אם זה באמת מה שאנחנו רוצים) שבו נוכל לפתח רובוטים אנושיים יותר או מכשירים לומדים שמגיבים לסביבה, אנחנו חייבים לפתח את יכולת הקלט של המחשבים.

נתחיל בחיישנים המוכרים לנו ביותר על פי חושי האדם:

חוש המישוש – החל מהדברים הבסיסיים ביותר שבאים בצורת כפתור (מקלדת רגילה, ג’ויסטיק, כפתור על השלט או על המיקרו), ועד המהפיכה האחרונה שכ”כ הרשימה אותנו, מסכי המגע. היכולת שלנו ללטף מכשיר ולקבל הרגשה שהמחשב (או טלפון) שלנו ממש מרגיש את מה שאנחנו עושים. אם ניקח את הסגווי או מכשירים חדשים אחרים שמבוססים על יכולות דומות, נראה שהשימוש בחיישני מישוש או אוריינטציה קיימים בהמון תחומים בחיינו.

חוש ראיה – זה התחיל ממצלמות אבטחה או מצלמות בייתיות שנועדו לשיחות פנים אל פנים (יכולות פסיביות של המחשב) אבל משם עבר ליכולות עיבוד תמונה מה שנתן למחשב את היכולת להחליט על פעולה בהינתן טריגר מסויים שמופיע במצלמה. זה יכול להיות אותו חיישן במצלמה שמחליט על רגע הצילום עפ”י החיוך של האדם בתמונה, או מערכת הקינקט של מיקרוסופט (או המון מערכות דומות אחרות) שמופעלת ע”ס זיהוי התמונה של האדם שמולה. ועוד דוגמה שכבר כתבתי עליה לגבי מצלמות ברכבים שמאפשרים נסיעה אוטומטית של רכבים ללא נהג. דוגמה מעולם הסמארטפונים הוא חיישן התאורה שמכוון את עוצמת הבהירות ביחס לעוצמת האור שהוא קולט מהסביבה.

חוש שמיעה – מערכות שמופעלות עפ”י קול קיימות גם הן שנים רבות אבל גם כאן ההבדל הוא במורכבות ובשימושים שנעשים לאחרונה. הדוגמה אולי הקלאסית הישנה היא מנורת החדר שנדלקת ונכבת ע”י מחיאת כף (או כל צליל חזק אחר). היום ניתן ממש לדבר למחשבים ויכולות ההבנה שלהם מתפתחות בקצב מסחרר. כתבתי בעבר על ווטסון (מחשב העל החדש של IBM) וכן על הטלפונים שכבר מאפשרים (או יאפשרו בעתיד הקרוב) שיחה ותרגום סימולטני. ייתרון נוסף שחיישני שמיעה נותנים למחשב על האדם, הוא יכולת השמיעה שבבני אדם מוגבלת לספקטרום מסויים, ואילו במחשבים אינה מוגבלת.

חוש הריח – זהו החוש הכי פחות מפותח אצל רוב בני האדם. חיישני הריח אולי פחות נפוצים בשימוש היום-יומי הבייתי אבל בתעשיות, חיישני הריח נועדו כדי לזהות דליפות של חומרים מסוכנים בדומה לזה שנעשה ע”י כורים בקנריות ע”מ לזהות גזים מסוכנים. המערכות של היום פחות מתבססות על ריח ויותר על זיהוי הרכבים כימיים באויר, כך שהן מסוגלות לזהות חומרים שאין להם ריח (או ריח כזה שהאדם אינו מסוגל להריח), לפענח אותו, ולהעביר את המידע למחשב מרכזי ע”מ שזה יחליט על הצעדים בהן יש לנקוט. דוגמאות נוספות: זיהוי שכרות אצל נהגים ואפילו זיהוי סרטן ריאות לפי האויר הננשף ע”י החולה (ד”א מדובר בהמצאה ישראלית).

חוש הטעם – זהו חוש שדי קשה להגדיר אותו כיוון שהוא משתנה בין אדם לאדם. ובכל זאת, בדומה לחיישני הריח, חיישני הטעם מסוגלים לזהות את המרכיבים הדומיננטיים ולדווח עליהם. אם המוצר שהם בודקים, בעל הרכב מאוד מלוח או מאוד מתוק, הם מסוגלים לדווח על כך. הם לא מסוגלים לדווח האם זה טעים (אם כי אולי בעתיד נוכל להגדיר נוסחא עם טווחים שתחילט עבורנו מה נמצא בערכי הנורמה של טעים).

החוש השישי… – אותו חוש חמקמק שאנחנו לא כ”כ יודעים להגדיר… אולי הדרך הטובה ביותר להגדיר את החוש הזה במחשבים היא בינה מלאכותית. לא חיישן, אבל בהחלט עושה שימוש בחיישנים השונים של המחשב.

לאן כל זה הולך

אם ניקח את מכשיר החשמל הבייתי הממוצע, נמצא שיש בו חיישנים מסויימים שנועדו בעיקר להבטיח את תקינות פעולתו כגון חיישן חימום יתר של המעגלים הפנימיים. יותר ויותר מכשירים מכילים חיישנים שנותנים למכשיר ייתרון ע”פ המתחרים שלו. דוגמאות לכך הם חיישני ייבוש במייבשים (מפסיקים את פעולת המייבש כשכל הבגדים יבשים) או חיישני מניעת דליפות מים במדיחים. יש מכשירים שעיקר פעולתם מבוססת חיישנים (Wii, או Kinect), ויש כאלה שהשילוב של חיישנים לתוכם, פותח פתח ליכולות נוספות כגון כל החיישנים שנמצאים היום בכל סמארטפון וטאבלט.

ועדיין, מדובר במקרה הטוב ביותר על מספר מצומצם ביותר של חיישנים שניתן לדחוס למכשיר ביחס לכמות אמצעי החישה שיש לאדם. המערכות המתחוכמות ביותר כיום מכילות לא יותר מעשרות בודדות של חיישנים. אם נשווה את זה ליכולות של האדם לקלוט מידע ולהגיב, יש לרובוטים עוד דרך ארוכה לעשות.

ומה הלאה? כיוון ששוק החיישנים הוא שוק שרק מתחיל להתהוות, יש המון סטנדרטים שונים לגבי איך חיישן נראה ומתנהג. ע”מ שהשוק הזה באמת יתרומם, נדרשת עבודה רבה של תקינה וסטנדרטיזציה, וכן יכולות חישוביות גבוהות מאוד ובזמן אמת של אלפי חיישנים (ועד מליוני חיישנים בשלבים מאוחרים יותר).

מצרף וידאו חביב ביותר של משחק דמוי לגו שמראה איך ניתן לעבוד עם חיישנים שמדברים בינהם כך שלא צריך תכנות ולא חוטים.

הפוסט פורסם במקור בבלוג Technologeek

דוד קודיש

דוד קודיש הוא מומחה מערכות מידע, IT, טכנולוגיה, ושימושי אינטרנט. נמצא בחזית הטכנולוגיה מעל ל- 15 שנה בתפקידי הנדסה וניהול בחברות הייטק.

הגב

7 תגובות על "חיישנים – כתבת פתיחה"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* שימו לב: תגובות הכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, לרבות דברי הסתה, הוצאת דיבה וסגנון החורג מהטעם הטוב ו/או בניגוד לדין ימחקו. Geektime מחויבת לחופש הביטוי, אך לא פחות מכך לכללי דיון הולם, אתיקה, כבוד האדם והדין הישראלי.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
פלונטר
Guest

יש המון סוגי חיישנים עבור מערכת הרובוטיקה של לגו :-) צבע, מרחק, גובה ועוד המון דברים (ככה זה כניראה שאתה רובוט)

השועל אש
Guest

חבל רק שאין למחשבים חוש הומור :)

חלב סויה
Guest
“המערכות של היום פחות מתבססות על ריח ויותר על זיהוי הרכבים כימיים באויר” – חוש הריח הוא בדיוק זיהוי הרכבים כימיים באויר; חומרים כימיים נצמדים לאברון ההרחה והמידע מועבר למוח. תחושת הריח זה הפירוש שנותן המוח לזיהוי של הרכבים כימיים באויר. המוח מצליח לזהות רק את אלה שהחיישנים שלו מסוגלים לזהות, בדיוק כפי שהחיישנים שעליהם מדובר בכתבה מזהים רק את מה שהם מתוכנתים לזהות. המוח מפרש את ההרכבים האלה כריחות, בעוד שהמעבד של החיישנים מפרש אותם כמבנים מולקולרים. המוח גם מעניק משמעות לפירוש הזה – האם הריח הזה נעים בעיני או לא? האם אני מזהה את החומר הזה כחומר מסוכן?… Read more »
דוד קודיש
Guest

הדוגמאות שאתה נותן (חלב סויה) מצויינות וממחישות עד כמה מערכת החיישנים האנושיים שלנו מורכבת ולוקחת בחשבון המון סוגים שונים של קלט כדי להגיע למסקנות מסויימות.
אם נרצה לשכפל את החיישנים האנושיים ולהכניס אותם לתוך מחשב (כדי לתת להם פרשנות), נצטרך מערכות הרבה יותר מורכבות מאלה שיש היום – אם כי זו משימה שבהחלט אפשרית להשגה.
מערכות של בינה מלאכותית יוכלו גם ללמוד מה טוב ומה לא לאורך השנים כך שיוכלו לבנות בסיס נתונים של משמעויות.

חלב סויה
Guest

אלה לא היו דוגמאות לחיישנים אלא הבהרות, משום שמהניסוח שלך השתמע כאילו שחיישנים הריח המלאכותיים הם לא חיישנים ריח משום שההבדל הוא שלכאורה הם מזהים הרכב כימי בניגוד לחיישנים הביולוגים, אבל הרי גם חיישני הריח הביולוגים מזהים הרכב כימי, וכן ניסחת את ההסבר לחיישני טעם כאילו שחוש הטעם הוא דבר שלא ניתן להגדיר למרות שההפך הוא הנכון ולמרות שנכון להיום ניתן לשים את חיישני הריח והטעם המלאכותיים באותה קטגוריה משום שההבדל בין טעם לריח עבור המכונה זה העיבוד של המידע ולא החיישן עצמו.

דוד קודיש
Guest

ההבדל בין המערכת המוצגת לזו של לגו, הוא שפה הכל אלחוטי ונראה שלא דורש תכנות, בעוד שבלגו צריך לתכנת את החלקים להתנהגות מסויימת.
לדעתי הרעיון של הקוביות מוציא את אלמנט התכנות (שמאוד חשוב) והופך את העסק ליותר חידת הגיון של איך לחבר את הקוביות כדי להשיג אפקט רצוי.

חלב סויה
Guest

“חיישני ייבוש במייבשים (מפסיקים את פעולת המייבש כשכל הבגדים יבשים) או חיישני מניעת דליפות מים במדיחים” – אלה לא בדיוק חיישנים, ז”א, הלחות לא נמדדת באופן ישיר (בניגוד לחיישנים מהסוגים האחרים שמצויינים בכתבה). הלחות במייבש הכביסה או הלחות/רטיבות במקרה של דליפת מים ממדיח כלים גורמות לסגירת מעגל חשמלי.
במקרה של מדיח, סגירת המעגל גורמת להפעלת התראה ו/או הפסקת פעולת המדיח ו/או פעולות נוספות למזעור נזקי דליפה. די פשוט.
במקרה של מייבש כביסה – רמת הלחות משנה את עצמת ההולכה במעגל, וכך השבב של המייבש יודע עד כמה והאם הבגדים יבשים.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: