איך עולם מלא בחיישנים ישנה את האופן שבו אנחנו רואים, שומעים, חושבים וחיים
הנה ניסוי נחמד: נסו לספור כמה חיישנים אלקטרוניים מצויים סביבכם ברגע זה ממש. במחשב שלכם יש מצלמות ומיקרופונים. בסמארטפון יש חיישני GPS וג’ירוסקופים. בהתקן הכושר הגופני יש מדי תאוצה. אם אתם עובדים בבניין משרדים מודרני, או גרים בבית חדש, אתם מן הסתם מוקפים תמיד בחיישנים שמודדים תנועה, טמפרטורה ולחות.
חיישנים נעשו נפוצים מכיוון שהם מתפתחים, פחות או יותר, לפי חוק מור: הם נעשים קטנים, זולים ורבי-עוצמה יותר ויותר. לפני כמה עשרות שנים, ג’ירוסקופים ומדי תאוצה, המצויים כיום בכל סמארטפון, היו מגושמים, יקרים ומוגבלים ליישומים כמו הנחיה של חלליות וטילים. כמו כן, כידוע, חל גידול עצום בקישוריות לרשת. בזכות ההתקדמות במיקרואלקטרוניקה, וכן בניהול השימוש באנרגיה ובספקטרום האלקטרומגנטי, שבב שעולה פחות מדולר מסוגל כיום לקשר מערך של חיישנים לרשתות תקשורת אלחוטיות בעלות צריכת חשמל נמוכה.
כמות המידע שרשת חיישנים נרחבת כזאת מפיקה היא עצומה – כמעט בלתי נתפסת. אף על פי כן, רוב הנתונים האלה הם בלתי נראים מבחינתנו. כיום, נתוני חיישנים נצברים בדרך כלל במאגרים מבודדים, נגישים להתקן אחד בלבד לשימוש של יישום אחד בלבד, כגון שליטה בתרמוסטט הביתי או מעקב אחר מספר הצעדים שלכם מדי יום.
אם נבטל את הבידוד הזה של המאגרים, עולם המחשוב והתקשורת ישתנה בדרכים מהותיות. כשיהיו בידינו פרוטוקולים שיאפשרו להתקנים וליישומים להעביר ביניהם מידע (וכבר יש כמה פרוטוקולים מועמדים לתפקיד), כל יישום יוכל להשתמש בחיישנים בכל התקן. כשהדבר יתרחש, ניכנס לעידן של מחשוב מקיף המצוי בכל מקום (ubiquitous computing), עידן שחזו אותו כבר מזמן, ובכלל זה במאמר של מרק וייזר שפורסם בסיינטיפיק אמריקן לפני כרבע מאה [ראו: “The Computer for the 21st Century”; ספטמבר 1991].
לדעתנו, המעבר למחשוב מקיף לא יהיה הדרגתי. אנחנו סבורים שזה יהיה מהפך ממש, בדומה להופעת האינטרנט. ניצנים ראשונים של השינוי הזה מצויים כעת באפליקציות לסמארטפונים כמו מפות גוגל וטוויטר, והיוזמות הענקיות שהתפתחו סביבם. אך החדשנות תפרוץ את הסכר כשנתונים מן החיישנים הנפוצים ייעשו זמינים באופן חופשי לכל ההתקנים. חברות הטכנולוגיה הענקיות של העתיד יהיו “צוברות הֶקְשֶרים”, שיהפכו את המידע מן החיישנים שסובבים אותנו לאפליקציות מדור חדש.
כפי שהיה קשה לחזות, לפני שלושים שנה, כיצד האינטרנט ישנה את העולם, כך קשה לנבא כיום איך המחשוב המקיף ונתוני החיישנים ישפיעו על חיי היום-יום שלנו. למזלנו, תיאוריית המדיה יכולה לתת לנו כיוון. בשנות ה-60, תיאורטיקן התקשורת מרשל מק’לוהן דיבר על כך שהמדיה האלקטרונית, ובעיקר הטלוויזיה, הופכת לשלוחה של מערכת העצבים האנושית. אילו רק מק’לוהן היה חי כיום! כשיש חיישנים בכל מקום, וכשאפשר לשלב את המידע שהם אוספים בתוך התפיסה האנושית בדרכים חדשות, היכן נגמרים החושים שלנו? מה תהיה המשמעות של המילה “נוכחות” כשנוכל להזיז את התפיסה שלנו בחופשיות בזמן, במרחב ובקנה המידה?
המחשה של נתונים מחיישנים
אנחנו תופסים את העולם באמצעות כל החושים שלנו, אך את רוב הנתונים הדיגיטליים אנחנו צורכים דרך מסכים דו-ממדיים קטנים בהתקנים ניידים. לכן, לא פלא שאנחנו תקועים בצוואר בקבוק של מידע. ככל שכמות המידע על העולם גדלה, אנחנו מסוגלים פחות ופחות להישאר נוכחים בעולם הזה. אף על פי כן, יש בשפע המידע גם יתרון, אם רק נוכל ללמוד להשתמש בו כראוי. לשם כך, הקבוצה שלנו במעבדת המדיה של המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT) עובדת כבר שנים על דרכים לתרגם את המידע, שנאסף על ידי רשתות חיישנים, לשפת התפיסה האנושית.
כשם שדפדפנים כמו נטסקייפ העניקו לנו גישה לכמויות המידע הגדולות באינטרנט, כך תוכנות דפדפן עתידיות יאפשרו לנו להבין את שטף נתוני החיישנים שמגיע אלינו. עד כה, הכלי הטוב ביותר לפיתוח דפדפן כזה הוא מנוע של משחקי מחשב: תוכנה המאפשרת למיליוני שחקנים לתקשר זה עם זה בסביבות תלת-ממדיות עשירות המשתנות בלי הרף. באמצעות מנוע המשחקים Unity 3D פיתחנו יישום ושמו DoppelLab, שאוסף זרמי נתונים מחיישנים מפוזרים בסביבה ומתרגם את המידע לייצוג גרפי, ה”מולבש” על דגם ארכיטקטוני ממוחשב של בניין. במעבדת המדיה, למשל, DoppelLab אוסף נתונים מחיישנים בבניין ומציג את התוצאות על גבי מסך מחשב בזמן אמת. המשתמש יכול לראות על המסך את הטמפרטורה בכל חדר, את כמות התנועה הרגלית בכל אזור, ואפילו את מיקום הכדור על שולחן טניס השולחן החכם שלנו.
היישום DoppelLab מסוגל לעשות הרבה יותר מאשר להציג נתונים באופן חזותי. הוא גם אוסף צלילים שנקלטים במיקרופונים ברחבי הבניין ומשתמש בהם ליצירת סביבות קוליות וירטואליות. כדי להבטיח את הפרטיות, זרמי השמע מעורבלים בהתקן החיישן המקורי לפני השידור. כתוצאה מכך אי אפשר להבין דיבור, אך נשמרת האווירה הקולית של המרחב, ונשמר האופי הקולי של המצויים בו. היישום מאפשר גם לחוות מידע שהוקלט בעבר. אפשר לצפות ברגע מסוים בזמן מזוויות שונות, או להריץ נתונים במהירות כדי לבחון אותם בקני מידה שונים של זמן ולגלות מחזורים נסתרים בחייו של בניין.
לדפדפני חיישנים כמו DoppelLab יש יישומים מסחריים מידיים, כגון לוחות מכשירים וירטואליים לשליטה בבניינים גדולים שבהם מותקנים חיישנים. בעבר, מנהל בניין שרצה לאתר בעיה במערכת החימום היה חייב לעבור על גיליונות אלקטרוניים וגרפים, לקטלג מדידות טמפרטורה חריגות ולחפש דפוסים שיורו על מקור הבעיה. באמצעות DoppelLab, המנהל יכול לראות את הטמפרטורה השוררת בפועל ואת זו הרצויה בכל החדרים בו זמנית, ולאתר במהירות בעיות המשפיעות על כמה חדרים או על כמה קומות. כמו כן, מתכננים, מעצבים וגם דיירים בבניין יכולים לראות את אופן השימוש בתשתיות. הם יכולים לראות היכן יש התקהלויות של אנשים ומתי, ואיך שינויים בבניין משפיעים על האופן שבו אנשים מתנהגים ועובדים בו.
עם זאת, לא יצרנו את DoppelLab במחשבה על כוחה המסחרי, אלא כדי לחקור נושא גדול ומסקרן מזה: השפעת המחשוב המקיף על עצם המשמעות של נוכחות.
להגדיר מחדש נוכחות
ברגע שמחשבים וחיישנים מאפשרים לנו לטייל באופן וירטואלי בסביבות מרוחקות ו”להיות” שם בזמן אמת, המשמעויות של “כאן” ו”עכשיו” מתחילות להשתנות. בכוונתנו לחקור את שינוי תפיסת הנוכחות באמצעות DoppelLab ובאמצעות פרויקט ושמו Living Observatory, שמטרתו לגרום למבקרים וירטואליים וממשיים להיכנס לתוך סביבה טבעית משתנה, באזור ביצות שקרוי טידמארש פארמס.
מאז 2010, ארגונים סביבתיים פרטיים וציבוריים עוסקים בשיקום אזור ביצתי בשטח של כ-1,000 דונם בדרום מסצ’וסטס, ששימש לגידול חמוציות, והפיכתו לשמורת טבע של ביצות חוף. אחת מבעלי הביצות היא שותפתנו, גלוריאנה דבנפורט. לאחר שבנתה את הקריירה שלה במעבדת המדיה בנושא עתיד הסרטים הדוקומנטריים, הוקסמה דבנפורט מן הרעיון של סביבה עשירה בחיישנים שיוצרת את ה”דוקומנטרי” של עצמה. בעזרתה אנחנו מפתחים רשתות חיישנים שמתעדות תהליכים אקולוגיים ומאפשרות לאנשים לחוות את המידע שמתקבל מהן. התחלנו לאכלס את האזור במאות חיישנים אלחוטיים שמודדים טמפרטורה, לחות באוויר ובאדמה, אור, תנועה, רוח, צלילים, זרימה של שרף עצים, ובמקרים מסוימים גם רמות של כימיקלים שונים.
שיטות יעילות לניצול הסוללות יאפשרו לחיישנים האלה לפעול במשך שנים. קצתם יצוידו בתאים סולריים, שיתנו להם די הספק לשדר קלט קולי ברצף: רחשי הרוח, ציוצי ציפורים בסמוך, טיפות גשם שנופלות על העלים. עמיתינו מתחום מדעי כדור הארץ מאוניברסיטת מסצ’וסטס באמהרסט מציבים בטידמארש חיישנים אקולוגיים מתוחכמים, ביניהם מדי טמפרטורה תת-מימיים עם סיבים אופטיים, ומכשירים שמודדים את רמות החמצן במים. כל הנתונים האלה יזרמו למסד נתונים בשרת שלנו, והמשתמשים יוכלו לתשאל ולחקור אותו בעזרת מבחר יישומים.
כמה מן היישומים האלה יעזרו לאקולוגים להציג נתונים סביבתיים שנאספו בביצות. אחרים יותאמו לקהל הרחב. לדוגמה, אנחנו מפתחים דפדפן דמוי DoppelLab שיאפשר ביקור וירטואלי בטידמארש מכל מחשב שמחובר לאינטרנט. בדפדפן הזה, הרקע יהיה שחזור דיגיטלי של טופוגרפיית הביצה, ועליו עצים וצמחייה וירטואליים. מנוע המשחקים יוסיף קולות ונתונים שנאספו מחיישנים בשטח. הצלילים ממערך המיקרופונים ישולבו ויושמעו בעוצמות יחסיות בהתאם למיקומם הווירטואלי של המבקרים: תוכלו להמריא מעל הביצה ולשמוע הכול בבת אחת, להאזין בתשומת לב למה שקורה באזור מצומצם, או לשחות מתחת למים ולשמוע את מה שההידרופונים קלטו. רוח וירטואלית, מונעת על ידי נתונים שנאספים באתר בזמן אמת, תנשב דרך העצים הווירטואליים.
ה-Living Observatory הוא בגדר פרויקט להדגמה יותר מאשר אב-טיפוס מעשי, אך קל לדמיין יישומים דומים בעולם האמיתי. חקלאים יוכלו להשתמש במערכת כזאת כדי לנטר חלקות אדמה ולעקוב אחר תנועת המים, קוטלי החרקים, הדשנים ובעלי החיים בשטחם. רשויות עירוניות יוכלו להשתמש במערכת כדי לנטר התקדמות של סופות ושיטפונות בעיר, לאתר אנשים בסכנה ולהזעיק אליהם עזרה. עם עוד קצת דמיון, אפשר לראות את הטכנולוגיה הזאת בשימוש גם בחיי היום-יום. רבים מאִתנו מחפשים כבר עכשיו מידע על מסעדות באתרים כמו Yelp לפני שאנחנו יוצאים אליהן, ובעתיד נוכל לבדוק את האווירה במסעדה (האם צפוף ורועש שם עכשיו?) לפני שנצא לדרך.
בסופו של דבר, נוכחות מרוחקת כזאת תהיה הדבר הקרוב ביותר לטלפורטציה. לפעמים אנחנו משתמשים ב-DoppelLab כדי להתחבר למעבדת המדיה כשאנחנו בנסיעות, כי אנחנו מרגישים קרוב יותר לבית כשאנחנו שומעים את הרחשים ורואים את הפעילות. באותו אופן, מטיילים עתידיים יוכלו “להשליך” את עצמם הביתה כדי לבלות עם המשפחה בזמן שהם בדרכים.
להעצים את החושים
אפשר לומר בביטחון רב שההתקנים הלבישים יהיו הגל הבא בעולם המחשוב. בעינינו, זו הזדמנות ליצור דרכים טבעיות הרבה יותר לאינטראקציה עם נתוני חיישנים. ההתקנים הלבישים יוכלו להפוך, למעשה, לתותבות לחושים.
זה זמן רב, חוקרים עורכים ניסויים בחיישנים ובמנועים לבישים כאמצעי עזר. הם ממפים אותות חשמליים המגיעים מחיישנים ומשלבים אותם בחושים הטבעיים של האדם בתהליך שמכונה בשם “החלפה חושית”. על פי המחקרים העדכניים, הפלסטיות העצבית, כלומר יכולתו של המוח להתאים את עצמו התאמה פיזית לגירויים חדשים, מאפשרת מודעות ברמה תפיסתית לגירויים “על-חושיים” שמועברים דרך ערוצי החישה הרגילים. עם זאת, עדיין יש פער גדול מאוד בין הנתונים מרשתות החיישנים ובין החוויה החושית האנושית.
לדעתנו, אחד המפתחות לשחרור הפוטנציאל של איברי החישה המלאכותיים הוא הבנה טובה יותר של מצב תשומת הלב של הלובש. ההתקנים הלבישים המתקדמים ביותר כיום, כגון גוגל גלאס, נוטים לפעול כסוכנים של צד שלישי המציעים ללובש מידע רלוונטי להקשר (כגון המלצה על סרט מסוים כשהלובש עובר על יד בית קולנוע). אלא שההמלצות האלה באות משום מקום, כביכול, ולעתים קרובות מפריעות עד כדי הטרדה, באופן שלעולם לא יתרחש במערכות החושים הטבעיות. המערכות הטבעיות מאפשרות לנו להתמקד ולאבד מיקוד באופן דינמי, לשים לב לגירויים חיצוניים אם הם דורשים תשומת לב, או להתמקד במשימה הנוכחית אם הם אינם דורשים זאת. הצוות שלנו עורך ניסויים כדי לבדוק אם מחשבים לבישים יכולים להתחבר ליכולת המובנית של המוח להתמקד במשימות תוך שמירה על קשר קדם-קשבי עם הסביבה.
הניסוי הראשון שלנו יקבע אם התקן לביש מסוגל לקלוט, מתוך כמה מקורות צליל, למי המשתמש מקשיב. אנחנו מבקשים להשתמש במידע הזה כדי לאפשר לאדם שלובש התקן מתאים להתמקד במיקרופונים ובהידרופונים שבטידמארש כפי שהיה מתמקד במקורות קול טבעיים. דמיינו לכם שאתם מתמקדים באי רחוק באגם, ולאט לאט מתחילים להבחין בצלילים המרוחקים, כאילו שאוזניכם רגישות דיין לדלג על המרחק הפיזי. דמיינו שאתם הולכים לאורך פלג ושומעים צלילים מתחת למים, או מביטים לעבר העצים ושומעים את ציוצי הציפורים מן הצמרות. הגישה הזאת להעברת מידע דיגיטלי יכולה לציין את תחילתו של חיבור גמיש בין מערכות החישה שלנו ובין נתונים מרשתות חיישנים. בשלב מסוים יגיעו בוודאי שתלים חושיים או עצביים שיממשו את החיבור הזה. אנחנו מקווים שהתקנים כאלה, והמידע שהם מספקים, ישתלבו לתוך המערכות הקיימות של עיבוד חושי במקום לדחוק אותן.
חלום או סיוט?
מבחינתם של רבים, ואנחנו בהם, לעולם שתואר זה עתה יש פוטנציאל להיות גם מפחיד. הגדרה מחדש של נוכחות תשנה את הקשר שלנו עם הסביבה ועם הזולת. ומה שמדאיג מזה: למחשוב מקיף יש השלכות אדירות על הפרטיות. ואף על פי כן, לדעתנו יש דרכים רבות לשלב מנגנוני הגנה בתוך הטכנולוגיה.
לפני עשר שנים, באחד מן הפרויקטים של הקבוצה שלנו, הציב מאט ליבוביץ’ 40 מצלמות וחיישנים ברחבי המעבדה. לכל התקן הוא חיבר מפסק גדול של מנורה, כדי שיהיה אפשר להשבית את החיישן בקלות ובאופן גלוי לעין. כיום, יש יותר מצלמות, מיקרופונים וחיישנים אחרים בסביבתנו מכדי שנוכל להשבית את כולם, אפילו אם היה לכולם מפסק כיבוי. יהיה עלינו אפוא לחשוב על פתרונות אחרים.
גישה אחת היא לגרום לחיישנים להגיב להקשר ולהעדפות של האדם. נאן-וויי גונג חקרה רעיון כזה לפני כמה שנים, כשהייתה חברה בקבוצה שלנו. היא בנתה שלט אלקטרוני מיוחד, ששידר משואה אלחוטית שהודיעה לחיישנים בסביבה מהן העדפות הפרטיות של בעליו. לכל תג כזה היה כפתור גדול עם הכיתוב “לא”, וכשהמשתמש לחץ על הכפתור, הובטח לו פרק זמן של פרטיות מוחלטת, שבו כל החיישנים בסביבה נחסמו ולא שידרו נתונים כלשהם עליו.
כל פתרון חייב להבטיח שכל החיישנים בסביבת האדם קולטים בקשות כאלה ומכבדים אותן. בתכנון של פרוטוקול כזה יש אתגרים טכניים ומשפטיים. ועם זאת, קבוצות מחקר ברחבי העולם כבר בוחנות גישות שונות לבעיה. לדוגמה, החוק עשוי להעניק לאדם בעלות או שליטה על הנתונים שמופקים בסביבתו. הוא יוכל לבחור להצפין אותם, או להגביל את המעבר שלהם לרשת. אחד מן היעדים של DoppelLab ושל Living Observatory הוא לבחון את ההשלכות האלה על הפרטיות בסביבה הבטוחה של מעבדת מחקר פתוחה, וכשיצוצו הכשלים וההשלכות המזיקות, נוכל למצוא להם פתרונות. כפי שהדגימו הגילויים האחרונים של אדוארד סנודן, קבלן לשעבר של הסוכנות האמריקנית לביטחון לאומי, השקיפות חיונית וצריך לטפל באיומים על הפרטיות באמצעות חקיקה, בפורום פתוח. יותר מזה, אנחנו סבורים שפיתוח חומרה ותוכנה מלמטה, בקוד פתוח, הוא ההגנה הטובה ביותר מפני פלישה שיטתית לפרטיות.
בינתיים, נוכל להתחיל לראות אילו חוויות חדשות ממתינות לנו בעולם מונע-חיישנים. האפשרויות מרגשות. לדעתנו, אפשר לפתח טכנולוגיות שישתלבו הן בסביבה והן בגוף שלנו. כלים כאלה ירחיקו את האף שלנו ממסך הסמארטפון בחזרה לסביבה. הם יעשו אותנו לנוכחים יותר, ולא פחות, בעולם שסביבנו.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
בקיצור
העולם המודרני מלא בחיישנים אלקטרוניים מרושתים, אך רוב המידע שהם מפיקים נסתר מעינינו ונאגר לשימושם של יישומים ספציפיים. אם נבטל את המחסומים ונאפשר לכל מכשיר שמחובר לרשת להשתמש בנתונים האלה, ייפתח באמת עידן המחשוב המקיף.
אי אפשר לדעת איך בדיוק המחשוב המקיף ישנה את חיינו, אך סביר להניח שחיישנים אלקטרוניים מוטמעים בסביבה ישמשו כהרחבות של מערכת העצבים האנושית: מחשבים לבישים יהפכו, למעשה, לתותבות לחושים.
חיישנים ומחשבים יאפשרו לנו לטייל, באופן וירטואלי, בסביבות רחוקות ו”להיות שם” בזמן אמת. יהיו לכך השלכות מרחיקות לכת על מושגי הפרטיות והנוכחות הפיזית.
על המחברים
גרשון דבלון (Dublon) הוא דוקטורנט במעבדת המדיה של המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT) ומפתח שם כלים חדשים לחקירה ולהבנה של נתונים מחיישנים.
ג’וזף’ א’ פרדיסו (Paradiso) הוא פרופסור לאמנות ולמדעי המדיה במעבדה למדיה ב-MIT. הוא מנהל שם את הקבוצה לסביבות מגיבות החוקרת את האופן שבו רשתות חיישנים מגבירות ומתווכות את החוויות, את האינטראקציות ואת התפיסות האנושיות.
איך זה עובד
דפדפן המציאות
תוכנת דפדפן החיישנים של המחברים, המכונה DoppelLab, אוספת נתונים מחיישנים המפוזרים במעבדת המדיה של MIT ומציגה אותם באופן חזותי על גבי דגם שקוף של המבנה. הדפדפן מתעדכן עדכון אוטומטי בזמן אמת, כך שמשתמשים יכולים להתחבר מכל מקום ולראות מה מתרחש בכל רגע נתון, בכל חדר. טמפרטורה, תנועה, צלילים ותכונות אחרות מוצגים באמצעות סמלים.
עוד בנושא
Rainbow’s End. Vernor Vinge. Tor Books, 2006.
Metaphor and Manifestation: Cross Reality with Ubiquitous Sensor/Actuator Networks. Joshua Lifton et al. in IEEE Pervasive Computing, Vol. 8, No. 3, pages 24-33; July-September 2009.
הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל
