Russia, St. Petersburg, Institute for Computer Science and Automation
Russian Academy of Sciences

The measuring technical devices and systems allotted by separate intelligent properties are described. The submissions about intelligent environment are considered: an intelligent building, smart house, intelligent clothes. The development in this direction create premises for transition to continuous preventive intelligent telemonitoring.

Россия, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации
Российской Академии Наук

Интеллект в широком смысле понимается как целенаправленная свобода выбора некоторым системно-сложным устройством своих управляющих решений на основе непрерывного контекстного анализа поступающей информации. Система становится интеллектуальной постольку, поскольку ей становятся присущи следующие принципиальные черты интеллектуальных систем: системная сложность, контекстная зависимость языка, открытость и адаптивность (способность к самообучению).

Чаще термин “интеллектуальные” употребляют в узком смысле по отношению к устройствам, которые за счет использования в них переработки информации (обычно на основе микропроцессора) приобретают новые функциональные возможности.

Например, интеллектуальный датчик может выдавать более точные показания благодаря применению числовых вычислений для компенсации нелинейности чувствительного элемента или температурной зависимости. Такой датчик способен работать с большей разновидностью разных типов чувствительных элементов, а также комбинировать два или более измерений в одно новое измерение (например, объединять измерения физиологических параметров в сводный показатель здоровья). И, наконец, интеллектуальный датчик позволяет производить настройку на другие диапазоны измерений или полуавтоматическую калибровку, а также осуществлять функции внутренней самодиагностики, что упрощает техническое обслуживание. Наряду с усовершенствованием работы, дополнительные функциональные возможности интеллектуальных устройств снижают размерность обработки сигналов системой управления и приводят к тому, что несколько разных приборов заменяются прибором одной модели, что дает преимущество как в самом производстве, так и в стоимости обслуживания.

Современные электроника и компьютерная техника объединяются с достижениями медицинской аналитики в виде интеллектуальных медицинских приборов, оснащенных все более сложными вычислительными системами. Эта тенденция развивается в непосредственной связи с современными концепциями интеллектуальной среды – интеллектуального здания, интеллектуального дома и интеллектуальной одежды. Рассмотрим эти концепции более подробно.

Современное здание содержит разнообразное инженерное оборудование, в которое входят следующие системы: водоснабжения; горячего водоснабжения; отопления; вентиляции; дренажная; электроснабжения; лифтового оборудования; пожарной сигнализации; пожаротушения; дымоудаления; охранной и речевой сигнализации; узлы учета тепловой и электрической энергии; телефонной связи; телемедицинской техники и т.п. Сейчас происходит настоящая революция в области промышленной автоматики и систем управления перечисленным инженерным оборудованием. Современный промышленный контроллер позволяет осуществлять сбор диагностической информации, производить ее обработку, формировать управляющие воздействия, осуществлять обмен информацией с другими контроллерами или центральной ЭВМ по локальным промышленным шинам. Контроллеры встраиваются в оборудование, исполнительные механизмы, датчики. На программные средства для отладки серийно выпускаемых контроллеров разработаны международные стандарты.

На основе промышленных контроллеров формируются распределенные системы сбора информации и управления. Локальные промышленные сети, используемые для связи контроллеров, организуются в основном по двухпроводным линиям. Это позволяет строить системы мониторинга и управления оборудованием зданий и сооружений с минимальными затратами на закладные изделия, проводную и кабельную продукцию. Интеграция с остальными информационными системами также увеличивает их возможности, особенно при обработке учетной информации.

“Интеллектуальный дом”, в котором различные приборы и устройства (в том числе медицинские диагностические) управляются из единого центра, становится реальностью, правда, доступной за довольно большие деньги. Именно поэтому корпорация IBM представила свою новую систему Home Director Professional, назначением которой будет удешевление создания “интеллектуальных домов”.

Представители компании заявили, что помещение, обслуживаемое комплексом “Home Director Professional”, предоставит его хозяевам возможность формирования интеллектуальной линии связи между наиболее часто используемыми в доме системами, например системами безопасности, освещения, а также обогрева, вентиляции и кондиционирования.

IBM утверждает, что разработанная ею открытая архитектура способна обеспечить фундамент для создания в будущем таких домашних систем как единая служба развлечений, локальная компьютерная сеть и оперативная служба управления энергопитанием. По словам представителей компании, благодаря интеграции центрального устройства управления и распределенной проводной сети, формирование домашней сети, охватывающей развлекательные системы, персональные компьютеры, службы безопасности и освещения станет объективной реальностью. Сюда относится также домашнее телемедицинское оборудование.

Рынок интеллектуальной одежды (ИО) ориентируется на устройства, которые удобно размещаются на одежде, не мешают при движении, понимают приказы, отдаваемые голосом, выводят на микродисплей перед глазами различную информацию (например, важнейшие показатели состояния организма, получаемые от датчиков на теле, – это делают так называемые мониторы персонального состояния). Аккумуляторы системы подзаряжаются в процессе ходьбы. В перспективе подобные устройства будут неотличимы от обычной одежды и должны, как предполагается, стать “второй кожей”.

Коммерческий интерес к ИО возник в начале 90-х годов, когда компания BBN предложила компьютер с приемником GPS и датчиком радиоактивного облучения. С 1996 г. военное научное агентство Darpa начало спонсировать проект “Wearables in 2005”, направленный на создание к 2005 г. интеллектуального обмундирования для солдат. С тех пор большинство проектов по ИО стали закрытыми, однако известна высокая активность и конкуренция в области разработки интеллектуальных шлемов и скафандров для пилотов истребителей, экипажей наземной техники. О различных проектах по ИО можно почитать на сайтах, приведенных в сноске.

Проекты интеллектуальной одежды тесно смыкаются с концепцией “растворенного интерфейса”, которая утверждает, что интерфейсом следующего поколения послужит реальный мир, который нас окружает. Работами в области растворенного интерфейса занимается, например, лаборатория Media Lab. Ее деятельность в основном сводится к реализации интерфейса, позволяющего оснастить вычислительными средствами тело человека и предметы его повседневного окружения.

Алекс Пентланд, научный руководитель лаборатории, курирует ведущиеся под эгидой консорциума “Мыслящие предметы” работы по созданию так называемой “интеллектуальной среды” (помещений, оснащенных видеокамерами, микрофонами, компьютерной техникой и способных реагировать на действия и слова человека), а также предметов одежды и личных вещей, обладающих схожими вычислительными возможностями.

Интеллектуальная одежда, или так называемые “носимые нательные” ПК, для сотрудников Media Lab уже стали предметами повседневного обихода. Многие студенты Пентланда целыми днями не расстаются с закрепленными прямо на теле машинами, функционирующими в среде Linux и питающимися от батарей, и могут работать постоянно, гуляя ли по Кембриджу, ведя записи в аудитории или просто беседуя с коллегами. Типичный “нательный” компьютер – это машина размером с походную флягу, ее носят на брючном поясе или на ремне, переброшенном через плечо. Почти незаметные проводки соединяют ЦП с предназначенной для одной руки клавишной приставкой Twiddler с 10 – 15 кнопками и монохромным дисплеем, который крепится прямо на голове. Исследователей, водрузивших на себя такие машины, нередко называют “киборгами” из-за нестандартного внешнего вида: миниатюрный дисплей, как правило, закрывает один глаз человека (впрочем, некий сообразительный студент уже внес в модель усовершенствование – он разместил крошечный индикатор в линзе своих очков).

В основе разработки медицинских компонентов интеллектуальной одежды лежат две идеи:

• миниатюризация медицинских приборов и размещение их непосредственно на или в теле пациента;
• переход к активным приборам, осуществляющим мониторинг и корректировку биологических показателей.

Предполагается, что миниатюрные приборы должны будут в будущем следить за работой легких, кровеносной системы (особенно важно оперативно обнаруживать тромбы или изменения уровня сахара), печени и т. д. Такие приборы не всегда будут имплантироваться в организм, некоторые из них, быть может, станут частью наручных часов или чего-либо подобного.

У размещаемых на человеке или в его организме медицинские микролаборатории контролируют ключевые параметры и при обнаружении каких либо отклонений принимают адекватные меры вплоть до вызова неотложной помощи. В случае больных диабетом это практически уже решенная задача. На очереди системы для обнаружения инфаркта и инсульта, а также системы противошоковой терапии для водителей, строителей, военных. Постепенно выкристаллизовывается концепция электронной системы скорой помощи. Разумеется, еще очень долго она сможет предпринимать лишь простейшие действия, но своевременно оказанная первая помощь значительно сократит тяжесть несчастных случаев и острых заболеваний. Сколько-нибудь универсальная миниатюрная компьютерная система неотложной помощи может оказаться наиболее сложным массовым устройством, которое когда-либо создавало человечество. Она должна включать комплекс датчиков, запас активных реагентов, процессор и экспертную систему диагностики. Кроме того, такой комплекс должен накапливать объективную телеметрию, значительно облегчающую последующее лечение, и при необходимости вызывать (например, по сотовой телефонной связи) обычную службу спасения. Особые требования предъявляются к надежности.

Среди разработок в области связи электронных и биологических систем следует упомянуть об экспериментах по управлению метаболизмом и ростом клеток с помощью оптического лазерного и микроволнового излучений. Эта задача особенно важна для борьбы с опухолями. При этом рассматриваются как -жесткие- методы (лазерное нагревание или разрушение), так и -мягкие- (резонансное замедление реакций гидролиза молекул АТФ в слабом электромагнитном поле миллиметрового диапазона). Эффективность этих методов критически зависит от точности прицеливания, повысить которую можно, только используя достижения микроэлектроники.

Развитие рассмотренных тенденций и разработок создает предпосылки для следующего рывка системы здравоохранения – перехода на непрерывный профилактический интеллектуальный телемониторинг.