Pametne naprave so v zadnjih desetih letih postale sestavni del vsakdanjika, najbolj razširjena med njimi je prav gotovo pametni telefon. O teh načeloma interaktivnih ali avtonomnih elektronskih napravah, ki so povezane z drugimi napravami in z internetom – z njimi ali preko njih torej komunicirajo –,  je znanost začela razmišljati v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Vendar je do pravega preboja, ki je omogočil pametne naprave, kot jih poznamo danes, prišlo šele v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja.

Informacijska mreža ARPANET, ki jo je razvila agencija za napredne obrambne analize ZDA (Advanced Research Projects Agency – ARPA), zadolžena za razvoj obrambnih tehnologij v okviru ameriškega obrambnega ministrstva, je takrat namreč z vpeljavo in standardizacijo protokola TCP/IP omogočila, da so se medsebojno povezana omrežja lahko razširila po vsem svetu, in tako ustvarila podlago za svetovni splet. Protokol TCP/IP – Transmission Control Protocol (TCP), protokol za nadzor prenosa, in Internet Protocol (IP), internetni protokol –, znan tudi kot internetni sklad protokolov (Internet protocol suite), je v resnici množica protokolov oziroma postopkov, ki zagotavljajo povezovanje informacijskih mrež in s tem delovanje interneta kot povezanega medmrežja.

TCP/IP, ki je bil inovacija računalniškega pionirja Vintona Cerfa, prvič testirana leta 1977, je standardni protokol tudi današnjega interneta. Razvoj protokola je od takrat potekal dokaj ustaljeno in brez večjih preskokov, med opaznejšimi pa so dosežki na področju pasovne širine medijev, denimo optična omrežja ali brezžična povezava 5G. Slovenija ima v primerjavi z drugimi državami Evropske unije pri tem povprečne pasovne dolžine, hitrost interneta glede dostopnosti do omrežja pa nadpovprečno.

S to in podobnimi tematikami se ukvarja tudi Aleksandar Tošić, asistent na Fakulteti za matematiko, naravoslovje in informacijske tehnologije Univerze na Primorskem (UP FAMNIT) in raziskovalni asistent v InnoRenew CoE. Posebej se posveča internetu stvari (IoT), kar ga je med drugim pripeljalo do tega, da je skupaj s kolegoma Mikom Burnardom in Jernejem Vičičem zasnoval prototip pametnih tal. Tošić pametne naprave opredeljuje kot »zgolj« naprave, ki merijo, računajo in komunicirajo ter na podlagi programske ali strojne opreme avtomatizirajo določene naloge, in dodaja:

»Oznako ‘pametne’ so načeloma dobile zato, ker so na podlagi podatkov (praviloma pridobljenih s senzorji) sposobne sprejemati odločitve samodejno, pri čemer gre lahko tako za preprosto vzročno-posledično logiko kot za resno umetno inteligenco,  še bolj pa iz marketinških razlogov.«

Nadpomenka za pametne naprave bi lahko bila internet stvari, to je skupina računalniških sistemov, sestavljenih iz računskih enot, aktuatorjev in senzorjev, ki so enolično določeni in povezani v omrežje, kjer pretok informacij teče nemoteno in brez človekovega poseganja.

Takšna sodobna tehnologija omogoča izjemne možnosti glede delovanja pametnih naprav, vendar te niso povsem izkoriščene, saj se pri njihovi uporabi pojavlja kopica ovir, povezanih z varnostjo, zasebnostjo, monetizacijo avtonomnih storitev, nadzorom, zaupanjem umetni inteligenci in podobno. Prave prakse, kot je denimo ta, da bi hladilnik, ki analizira naše potrebe in zazna, kadar posamezna jestvina poide, to samodejno naročil v trgovini, od koder bi nam jo tudi dostavili, zato v Sloveniji pa tudi marsikje drugje še ni.

Pametne naprave in tudi pametno okolje se seveda kljub temu vse bolj razvijajo. K pametnemu okolju spada tudi model pametnih tal, ki ga je izdelal Aleksandar Tošić, ideja zanj pa se je porodila na podlagi dveh razprav. Prvo je, kot pravi Tošić, sprožil računalniški seminar na UP FAMNIT, kjer je govornik predstavljal obstoječe rešitve, potrebe in problematike geolociranja uporabnikov zaprtih prostorov. Druga, s prototipom le posredno povezana, pa se je vrtela okoli vprašanja, kako v prihodnosti zaščititi zasebnost ogromnih količin osebnih podatkov, hkrati pa storitvam omogočiti dostop do tistih podatkov, ki jih potrebujejo za svoje delovanje.

Model pametnih tal, razstavljen v okviru dogodka Prihodnost bivanja na Gospodarski zbornici Slovenije. Obiskovalci so lahko dober mesec dni tla preizkušali, raziskovalci pa so ob tem testirali zanesljivost in natančnost meritev. Foto: Aleksandar Tošić

Tošićev prototip pametnih tal (podrobno je bil predstavljen na 22. Mednarodni multikonferenci Informacijska družba in v prispevku Privacy preserving indoor location and fall detection system, objavljenem v zborniku) je modularni vložek z vgrajenimi senzorji v obliki kosa sestavljanke, kar omogoča, da lahko večje površine hitro pokrijemo brez poznavanja elektronike, saj posamezni deli sestavljanke ob stiku vzpostavijo povezavo. Vgrajeni upori oziroma senzorji zaznajo pomanjšano upornost, če nanje pritisnemo, in t. i. neskončno upornost, če pritiska ne izvajamo. Če opravimo kalibracijo, to omogoča oceniti tudi silo, s katero pritiskamo na tla.

Modularni vložek v obliki posameznega dela sestavljanke. Foto: Jan Včelák

Upori (senzorji) so nameščeni v vmesni sloj med izolacijskim materialom (stirodur, laminatna podloga, spužva itd.) in laminatom/parketom. Postavljeni so v matriko kvadratov (40 x 40 cm) in povezani s krmilnikom, ki meri razlike v upornosti in pretvarja analogni signal v digitalnega, podatke pa pošilja računalniku s programsko opremo, ki poskrbi za interpretacijo meritev.

Sestavljanje modela pametnih tal z vidnimi senzorji in krmilnikom. Foto: Aleksandar Tošić

Če lahko vsaj približno določimo silo, s katero pritiskamo na tla, pojasnjuje Tošić, lahko sledimo tudi vzorcem obnašanja ljudi, kakršne ustvarjajo hoja, mesta, kjer se ljudje zadržujejo v prostoru, in druge stvari, zaradi katerih se prostor uporablja. Uporabnost takih odčitavanj je zelo velika, posebej dobrodošla pa se zdi v primerih uporabnikov, ki živijo sami in/ali pri katerih obstaja večja verjetnost tveganja zdravstvenih zapletov ali poškodb. Pametna tla namreč z uporabo umetne inteligence zaznavajo padce in druga izrazitejša odstopanja od vzorcev, o čemer sistem avtomatično obvešča svojce ali druge osebe, zadolžene za uporabnika (na primer skrbnike, medicinske sestre, osebne asistente).

Ob tem obstaja tudi nekaj še nerešenih izzivov, kot je na primer postavitev določenega večjega predmeta v prostor, ki bi bil lahko prepoznan kot padec. Sistem mora to informacijo zaobiti, da do napačnih rezultatov ne bi prišlo. Temu delu se bodo raziskovalci natančneje posvetili v nadaljnjih raziskavah. »Načrtujemo tudi postavitev testne pisarne s pametnimi tlemi,« pravi Tošić. »To bo predvidoma ena od pisarn v InnoRenew CoE in bo omogočila zbiranje podatkov za razvoj algoritmov in umetne inteligence za zaznavo padcev, hoje, aktivnosti uporabnikov pisarne in podobno.«

Postavitev testne pisarne in rezultati, ki jih bo ta prinesla, bodo pokazali, koliko bo možno prototip poenostaviti in poceniti njegovo izdelavo, da bi pametna tla lahko postala zanimiva za širšo uporabo. Raziskovalci si še posebej želijo, da bi inovacija postala dostopna domovom za starostnike in uporabna predvsem v kopalnicah, kjer statistični podatki beležijo največ padcev.

Tošić meni, da je današnja tehnologija, ki omogoča samostojnejše življenje starostnikov in drugih ljudi, ki ne morejo živeti sami, dosegla izjemen razvoj, vendar pa se sooča z razkorakom med kompleksnostjo aktivnih rešitev (rešitev, ki zahtevajo akcijo uporabnika) in zmožnostjo uporabnikov, da te rešitve koristijo. Uporabnejše se zato zdijo pasivne rešitve, torej rešitve, katerih prisotnosti se niti ne zavedamo, vse dokler jih ne potrebujemo. Eden od razširjenih primerov aktivne detekcije uporabnikov v zaprtih prostorih so pametne zapestnice, ki pa jih morajo uporabniki polniti, vsako jutro nadeti na roko in podobno. Delovanje pasivnega sistema, kot so pametna tla, pa od uporabnikove aktivnosti ni odvisno.

Drugo področje, ki predstavlja pri tem velik izziv, in to ne le za pametna tla, ampak za internet stvari v celoti, je vprašanje varnosti in zasebnosti osebnih podatkov. Znanost se je temu vprašanju že v preteklosti veliko posvečala, še posebno na področjih kriptografije in podatkovnih baz, v zadnjih letih pa tudi na novem področju decentraliziranih sistemov, kot so tehnologija veriženja blokov (blockchain technology) in podobne rešitve DLT (distributed ledger technologies).

Raziskava pri projektu pametnih tal išče rešitve tudi na tem področju. Kako torej zavarovati osebne podatke (lokacija, uporaba prostorov), kljub temu pa omogočiti delovanje sistema? Osnovna ideja raziskovalcev je hraniti podatke tako, da je v vsakem danem trenutku vsakdo sam lastnik svojih podatkov, hkrati pa seveda omogočiti tudi računanje in uporabo podatkov. Ali, rečeno drugače: raziskovalci načrtujejo sistem, pri katerem je dostop do podatkov omogočen zgolj programu, viden pa je le izhod (rezultat) programa, in ne tudi podatki, na podlagi katerih je program prišel do tega izhoda.

»Potreba po ohranjanju zasebnosti v računalništvu izhaja iz dejstva, da so pametne naprave delno tudi vohunska programska oprema,« pravi Tošić. »Brezskrbno jih uporabljamo, saj običajno mislimo, da nimamo kaj skrivati. Toda s kopičenjem podatkov množice uporabnikov se lahko z uporabo algoritmov razvršča, opazuje in napoveduje vedenjske vzorce posameznih skupin. Dolgo časa se je govorilo, da živimo v informacijski dobi, pa nismo povsem vedeli, zakaj. Danes je bolj kot kdajkoli jasno: informacija je tisto, kar je dragoceno.«