«Теории ничего не доказывают, зато позволяют выиграть время и отдохнуть, если ты вконец запутался, стараясь найти то, что найти невозможно»
Марк Твен
На наших глазах IoNT уже выходит из концептуальной стадии развития и становится предметом исследовательской деятельности во многих лабораториях мира. Эти исследования идут широким фронтом от создания саморегулируемых наносетей и их наноэлементов до реальных приложений в самых разных областях жизнедеятельности нашей цивилизации. Закономерно все это поднимает и много нетехнических вопросов, главным из которых является как всегда – а куда, собственно идем?
Сетевая архитектура IoNT
Независимо от областей применения, сети для IoNT будут состоять из набора следующих компонентов.
- Нано-узлы – это самые миниатюрные и простые наномашины, которые выполняют такие задачи, как вычисление и передача данных на короткие расстояния. Обладают малой памятью. Нано-узлами могут считаться, к примеру, биологические датчики, установленные в человеческом теле.
- Нано-маршрутизаторы, которые имеют большую вычислительную мощность по сравнению с нано-узлами и действуют как агрегаторы информации, поступающей с нано-узлов. Нано-маршрутизаторы также играют решающую роль в управлении нано-узлами с помощью передачи команд управления обменом.
- Устройства интерфейса нано-микро выполняют задачу агрегирования информации, поступающей с нано-маршрутизаторов, и передают ее на микроуровень и в обратную сторону. Они выступают в качестве гибридных устройств для связи в наномасштабе с использованием технологий наносвязи, а также с традиционными сетями связи, использующими классические сетевые протоколы.
- Шлюзы, которые позволяет удаленно управлять наносетью через сеть Интернет. Например, с помощью шлюза все данные с датчиков человеческого тела могут быть доступны врачам по всей планете во всех местах, где есть Интернет.
Приложения IoNT
Что касается возможных приложений IoNT, то ученые уже научились сжимать сенсоры миллиметровых или микронных размеров до нано-метровых: достаточно малых, чтобы они могли блуждать по телу живого человека (почти совсем как в фильме Спилберга «Внутреннее пространство») и напрямую замешиваться в строительные материалы, дабы контролировать прочность конструкции. Это важный первый шаг в направлении IoNT, который может вывести медицину, энергоэффективность и многие другие отрасли на совершенно новый уровень.
Многое буквально лежит на поверхности. Прежде всего, это биомедицинские приложения, включающие в себя био-гибридные имплантаты, мониторинг уровня глюкозы, мониторинг сердца, мониторинг патологий , эпилепсии или депрессии, лекарства с нано-оболочками для доставки к опухоли и ее прицельного уничтожения.
Более эффективный экологический мониторинг температуры, влажности и загрязнения воздуха в реальном времени с использованием нано-датчиков на железнодорожных станциях, автобусных остановках, в аэропортах, гостиницах, ресторанах и в других общественных местах, да и в самом транспорте.
Использование IoNT в сельском хозяйстве приведет к разработке сельскохозяйственных приложений с мониторингом помимо окружающей среды роста посевов, роста сорняков, состояния полей, внесения удобрений в почву, распространения вредителей, использования пестицидов и инсектицидов, а таже здоровья животных.
Не секрет, что оборонная сфера – также одна из приоритетных в IoNT. Помимо всего прочего IoNT будет использован для радиационной, биологической и химической защиты. В настоящее время государственные и межправительственные организации создают информационные системы управления чрезвычайными ситуациями. В частности, в Европейском союзе при выполнении проектов Osiris и Sany были разработаны стандарты и инструментальные средства для поддержки интероперабельности сенсорных сетей и сенсорных веб-сервисов, что облегчает их использование в системах оповещения и реагирования на чрезвычайные ситуации. Дополнение данных программ достижениями IoNT – дело времени.
В целом создание и внедрение концепции IoT/IoNT обеспечит общество новыми, ранее недоступными услугами сетей связи по контролю и управлению за любыми объектами вплоть до любой биомассы, включая человека, как в макромире, микромире, так и в наномире. Реализация данной концепции требует создания самоорганизующихся сетей, которые, в отличие от существующих инфраструктурных, имеют триллионную клиентскую базу и уже более подобны живому миру, нежели просто сетям связи. Это способствует внедрению в сетевую инфраструктуру биоподобных алгоритмов, т.е. алгоритмов, основанных на поведении колоний в живом мире, базирующихся на принципах роевого интеллекта (Swarm Intelligence, SI), которые оказались достаточно полезными для решения проблем маршрутизации в самоорганизующихся сетях. Так человечество в очередной раз попробует с помощью технологий приблизиться к повторению того, что давно создано природой. Роевой интеллект является разделом области искусственного интеллекта (Artificial Intelligence, AI) и состоит из нескольких групп алгоритмов, в число которых входят, например, муравьиные оптимизационные алгоритмы (Ant Colony Optimization, ACO), пчелиные оптимизационные алгоритмы (Artificial Bee Colony Algorithms) и светлячковые алгоритмы (Firefly Algorithms).
В последнее время появились и новые виды закономерностей, основанные на так называемых «полётах Леви» (Lévy flights), а именно: алгоритм атак акул, алгоритмы блуждающих альбатросов, шмелей и самцов оленей во время гона, алгоритм поиска питательных веществ бактериями типа Escherichia coli (она же — кишечная палочка). Они уже используются или будут использоваться для самоорганизующихся сетей приложений IoT и IoNT уже в ближайшее время.
Промышленные приложения IoNT теоретически не имеют пределов, но для начала будут использоваться в целях контроля качества продуктов и воды, а также для создания модифицированных материалов и тканей. Собственно, это важная часть будущих цифровых предприятий.
Финансовая сфера, увлеченная технологиями блокчейна, сможет однозначно дифференцировать настоящие и поддельные купюры, причем все настоящие будут нести в себе информацию о месте и времени их изготовления, и подтверждающая это информация будет храниться во всех банках мира.
Экологическая сфера собирается использовать IoNT в интересах контроля и интенсификации биологического разложения, управления животноводством и растениеводством, а также для контроля загрязнения воздуха. Миллионы нано-пылинок смогут не только определить степень загрязнения, но и локализовать его источник. Со временем они (вернее, их разработчики) научатся и бороться с летающей грязью, а потом, возможно, возьмутся и за вирусы.
Всевозможные «облачные» технологии, их преимущества и проблемы в части загрузки сетей связи, сохранности персональных данных и кибербезопасности, могут претерпеть серьезные изменения в связи с появлением нано-БД (баз данных) или даже нано-ЦОДов, которые каждый индивидуум сможет иметь всегда с собой точно так же, как он всегда носит свою голову на плечах.
Создание smart-органов – это определенный сдвиг парадигмы в здравоохранении. К примеру, миниатюрные органы с возможностью анализа человеческого организма могут революционизировать медицинские исследования и позволят создать новые лекарства. Миниатюрные датчики будут исследовать наш организм в совершенно новом формате. Или же развитие тканевой инженерии может полностью изменить подход к диагностике и лечению кожи, сосудов, костей и различных органов человека, не говоря уже о протезировании. С помощью наноматериалов и нанодатчиков можно стимулировать рост клеток, контролировать 3D-печать новых органов, да и попадать внутрь тканей наномашины могут непосредственно в процессе 3D-печати. Наномашины и наносенсоры могут постоянно находиться в органах и обеспечивать невиданные ранее функции. К примеру, настоящий глаз может быть интегрирован с линзой, функционал которой может быть шире, чем у очков GoogleGlass. Где-то можно вовремя расширить кровоток, где-то восстановить нарушения нейронных связей.
В целом с помощью IoNT можно создать в теле человека параллельную систему управления, и если его родная (т.е. врожденная) система не может хорошо выполнять свои функции, ее работу можно скорректировать. А еще можно провести диагностику организма практически так же, как сегодня осуществляется компьютерная диагностика современных автомобилей. И для этого не нужно будет приглашать врача – достаточно будет «беспроводным образом» подключить к себе компьютер и воспользоваться соответствующими программами. Не исключено, что интерфейс для такого подключения наподобие Wi-Fi будет встроен во все компьютеры и смартфоны будущего.
Развивая дальше эти идеи, некоторые футурологи уже пришли к мысли о создании т.н. всепланетного нейронета путем объединения человеческих «мозгов» с помощью связки IoT/IoNT в глобальном масштабе. Сама идея довольно проста – поскольку возможности нынешнего Интернета весьма ограничены и не позволяют осуществлять непосредственную передачу из в жизненного опыта и переживаний (эмоций), следует поднять качество коммуникаций на совершенно новый уровень, который позволит резко повысить эффективность командной работы и открыть новые возможности в области обучения. Пока для съема сигналов с используются электроды, но когда-нибудь их роль возьмет на себя «встроенный» в человека фрагмент IoNT, имеющий выход в IoT. Будут разработаны коммуникационные протоколы, основанные на цифровых моделях психических процессов и найдены подходы к организации «коллективного сознания», способного на «мозговые штурмы» и решения задач, требующих согласованных усилий многих людей. В современном мире множество проблем возникает вследствие того, что люди не могут договориться друг с другом о совместном использовании тех или иных ресурсов. Посредством организации своего рода «коллективного разума» нейронет, вроде бы, поможет решить и эти проблемы. Собственно, нейронет представляется «совершенствователям человечества» одним из сетевых фрагментов Интернета вещей. Только его «узлами» являются не смартфоны, планшеты и ноутбуки, а человеческие , снабженные инклюзивной или неинклюзивной электроникой. А, быть может, и совсем даже не электроникой.
Впрочем, кажется, мы увлеклись и сильно углубились в будущее. Пару слов скажем и о нем.
Будущее IoNT
Отложим в сторону прогнозы объема рынка и количества подключенных устройств. О первых говорить рано: пусть сначала покажет свою экономическую выгоду хотя бы «старший брат» – IoT. О последних же говорить бесполезно, потому что даже миллионы наноустройств могут находиться в достаточно ограниченном пространстве, и это ничего не докажет.
Что касается будущего, то, несомненно, развитие IoNT ждут в нем потрясающие успехи. Что же касается пользователей в лице человечества, то для него там будут не только несомненные удобства, но и невиданные ранее риски. Взять хотя бы переход от умных нанодатчиков к IoNT. К примеру, трудно интегрировать все необходимые компоненты в автономное наноустройство, которое будет регистрировать какое-либо изменение и передавать сигнал в Интернет. Также трудно решить все вопросы частности и безопасности. Любые наноустройства, включенные в тело, умышленно или по неосторожности могут быть токсичными или вызывать иммунный ответ.
К сожалению, дело отнюдь не всегда в технике. Разумеется, подобная технология может быть использована для незаконной слежки, но это лишь один из множества рисков. И есть подозрение, что от рисков-то и надо отталкиваться прежде, чем расписывать грядущие успехи IoNT. Чтобы не вдаваться в долгие философские рассуждения, приведем разницу между IoT и IoNT словами из произведений двух отечественных классиков литературы.
Кто помнит, в «Мойдодыре» Корнея Чуковского «…и подушка, как лягушка, ускакала от меня». Точно также в IoT можно выводить из вашего подчинения те или иные вещи. Впрочем, пока еще есть надежда, что жизненно важные, а также военные и особо опасные объекты не будут подключены к Интернету хотя бы потому, что нападение всегда опережает защиту, и кибербезопасность всегда работает с тем, что уже случилось, в то время, как хакеры придумывают новую киберопасность.
А вот у Ивана Ефремова в «Часе Быка» человек из далекого и во многом совершенного будущего Фай Родис, на которой нет ничего, кроме тонкой брони облегающего скафандра, отвечает на насмешливый вопрос верховного правителя планеты Торманс Чойо Чагаса – этакого «слепка с человека современного» – о том, может ли она его убить. «Могу, – бесхитростно отвечает Фай Родис. – Я могу просто приказать вам умереть, и сердце остановится, но зачем?» «Современный» товарищ немедленно шарахается с плохо скрываемым испугом, а человек будущего искренне недоумевает, что, собственно, случилось – у нас же не убивают.
Ведь не секрет, что если с помощью IoNT можно будет, к примеру, легко убивать – убивать будут обязательно. Первое убийство через Интернет, кстати, произошло еще в середине 90-х путем дистанционного отключения системы жизнеобеспечения в палате реанимации. Причем убивать будут, как обычно, за деньги, за имущество, за власть, из зависти и просто так. Кому-то остановить сердечко, кому-то изменить сахарок в крови, кому-то что-нибудь сломать внутри или закупорить… А где-то с помощью нанопыли очистить целый континент.
IoT, к примеру, станет следующей и логичной целью киберпреступников. А ну как все многие миллиарды «вещей» можно будет чем-нибудь заразить? В разведывательных, экономических, преступных и прочих целях, а также просто из интереса. Как отмечают специалисты по кибербезопасности, количество угроз по их части с годами лишь увеличивается.
А вот как, к примеру, занявшись решением планетарной проблемы с помощью коллективного сознания, вдруг почувствовать в себе идиота, маньяка или просто жадину? Их миллионы, и как от них избавиться? Будем ли мы помещать идиотов и непорядочных людей в интеллектуальные резервации путем ограничения доступа? Или, скорее, просто превратимся в них самих? Вот китайцы, например, уже планируют сегрегировать население по степени лояльности государству, принятым этическим нормам, кредитной истории, поведению в общественных местах и пр. и пр., чтобы все блага были доступны только достойным членам общества. А куда девать недостойных? Как известно из физики, широкополосный шум «забивает» узкополосный полезный сигнал, и эту физику пора изучать социологам.
Существует еще множество аспектов, связанных с нанотехнологиями, которые заставляют задуматься. К примеру, не исключено, что в ближайшем будущем спортсмены будут использовать разнообразные чипы-импланты с различными датчиками, а то и стимуляторами мышц (вместо допинга), что, конечно, само по себе – нарушение спортивной этики. Но разве всех останавливают сегодня запреты допинга? Это будет просто следующей ступенью в борьбе за то, чтобы стать быстрее выше и сильнее. И нетрудно себе представить, насколько уязвимыми могут они стать перед хакерами, нанятыми конкурентами. В частности, можно будет сделать так, чтобы объект запаздывал с движениями конечностей или слегка промахивался с самый нужный момент.
Учитывая, что, даже не погружаясь в глубины IoNT, вторжение в частную жизнь может быть осуществлено и помощью поддельной информации где-нибудь в личном пространстве социальной сети и с помощью поддельного контента, посвященного объекту атаки, когда последний может фигурировать в любом сгенерированном нелицеприятном сюжете. Медицинские и прочие секреты граждан могут стать общедоступными не в чисто информационном ключа, а непосредственно в физическом со всеми сопутствующими рисками. В свою очередь, прямо или косвенно IoNT несет, прежде всего, угрозу уже непосредственно организму человека. В целом фантазии здесь могут быть самыми разнообразными, но все они будут содержать потенциальные угрозы, причины которых в единой информационной среде, которой человечество не научилось пользоваться. В итоге в цифровом мире ничему нельзя верить – абсолютно все может оказаться ненастоящим, поддельным, украденным, ворующим или опасным для жизни. И то, что, казалось бы, должно ускорять прогресс общества, встречает от этого общества столь изощренное использование, что порой вынуждено серьезно урезать свои прогрессивные возможности. Каждое подобное новшество требует внимательного сопровождения, дабы не превратиться, к примеру, из обучающего ресурса в очередной информационный наркотик.
Так что мало создать технологию, надо суметь правильно пользоваться ею. Есть стойкое ощущение, что, с одной стороны, человек попросту не готов к использованию новых возможностей, в том числе с планетарным или персональным охватом. С другой стороны, у человека нет иного выхода, как что-то преодолеть в себе, дабы увеличить коэффициент полезного действия от применения новых технологий. По иронии судьбы сами по себе новые технологии не оставляют человеку иного выхода, кроме как измениться. И это будет непросто, потому что в человеческой природе ничего не изменяется с невероятно удаленных времен, описанных еще в Библии. И если бы в руках Каина или Иуды был, к примеру, iPhone, разве сильно бы изменилось их поведение? Скорее, был бы другим масштаб…
И еще раз о прошлом IoNT
Да, кстати, недавно в нашем саду на рябине совсем не было ягод, и зимы практически не было. Откуда рябина знала это? Быть может, потому что в природе давно действуют свои IoT, IoNT и даже своеобразный нейронет, но, правда, основанные на других технологических принципах? Но главное, на другой этике, которой, к сожалению, пока лишен т.н. «венец творения». В общем, тут есть, над чем поработать, потому как, словами братьев Стругацких, «именно то, что наиболее естественно, менее всего подобает человеку».
Автор публикации: Александр Голышко, к.т.н., системный аналитик компании «Техносерв»
По материалам: electronics.ru, vestnik-sviazy.ru, pcweek.ru, rucont.ru, news.bitcoin.com, sut.ru, NanoNewsNet.ru, startup.today, club.esetnod32.ru, internetofthings.ru
Автор: TS_Telecom
