المهارات الرقمية 12 فصل ثاني

 

الفكرة الرئيسة:
سأتعرَّف في هذا الدرس المزيد عن إنترنت الأشياء (Internet of Things: IoT)، وأستذكر مفهومه، ومُكوِّناته، وكيف يُستخدَم في بعض التطبيقات اليومية. كذلك سأتعرَّف رقاقات ( RFID )، وآليَّة عملها، ومناحي استخدامها في بعض التطبيقات الحياتية.

 

سعى الإنسان على مر العصور إلى تطوير أساليب الحياة، وتحّسين نوعيتها في مختلف المجالات. وتُعَدُّ شـــبكة الإنترنت من أبرز الابتكارات التي أحدثت نقلةً نوعيةً في ما يخصُّ التواصل والعمل والتّعليم والخدمات. وفي ظلّ ِ تطوّر هذه الشـــبكة، وظهور تقنيات حديثة أخرى، فقد برز مفهوم إنترنت الأشـــياء (IoT) بوصفه مرحلة متّقدّمة من التّحول الرقمي؛ إذ أصبحت الأجهزة من حولنا قادرة على التواصل وتبادل البيانات دون تدخُل بشري مباشـــر.

ومن ثمّ ، فقد أخذنا نشهد وجود منازل ذكيّة، وإنشاء مدن ذكيّة، وبناء أنظمة صحية وتعليمية واقتصادية أكثر كفاءة ً وذكاءً .

 

فما المقصود بإنترنت الأشياء؟ وكيف يعمل؟ وما أبرز التطبيقات التي نُشاهدها في حياتنا اليوميّة، وتعتمد عليه اعتمادًا رئيسًا من دون أن نشعر بذلك؟
 

 

أفكّر في مفهوم البيت الذكي (Smart Home)، ثـــَّم أُدَّون مواصفاته من وجهة نظري. بعد ذلك ُأناقش أفراد مجموعتي في الأسئلة الآتية : لماذا أُطلِق على هذا النوع من البيوت اسم البيوت الذكية؟ ما علاقة البيوت الذكية بموضوع الدرس؟ ما الخدمات التي تعتمد على شـــبكة الإنترنت داخل هذه البيوت، وتُّســـهِل مناحي الحياة اليومية فيها؟ ما أبرز الإيجابيات والسّلبيات التي تتعلَق باستخدام تقنيات البيت الذكي؟ أُلخِص - بالتعاون مع أفراد مجموعتي- أبرز الأفكار والإجابات التي توصلنا إليها أثناء النقاش، ثَّم َ نُشارك في عرضها أمام أفراد المجموعات الأُخرى في الصف،ونعمل على مناقشتها معاً

حل النشاط  ( إجابة محتملة ) : 

 

 البيت الذكي (Smart Home) أحد أهم التطبيقات العملية لثورة إنترنت الأشياء (IoT)، وهو ليس مجرد منزل يحتوي على أجهزة حديثة، بل هو منظومة متكاملة تهدف إلى تحسين جودة الحياة.

أولا :  تعريف البيت الذكي

هو مسكن مجهز بشبكة اتصال تربط الأجهزة والأدوات المنزلية ببعضها البعض، مما يتيح لصاحب المنزل التحكم فيها ومراقبتها عن بُعد (عبر الهاتف أو الأوامر الصوتية)، أو برمجتها لتعمل بشكل تلقائي بناءً على حساسات معينة.

مواصفات البيت الذكي (Smart Home)

• الأتمتة الكاملة: قدرة الأجهزة على أداء المهام تلقائياً دون تدخل بشري دائم.

• الاتصال الدائم: ترتبط جميع الأجهزة بشبكة إنترنت واحدة تتيح التحكم بها عن بُعد.

• الاستجابة الذكية: أجهزة قادرة على اتخاذ قرارات بناءً على البيانات (مثل خفض التكييف عند مغادرة الغرفة).

ثانياً: نقاش المجموعة

1. لماذا أُطلق عليه اسم "البيت الذكي"؟

• لأنَّها تحاكي ذكاء الإنسان في اتِّخاذ القرار، مثلاً: التحكُّم في درجة حرارة المكيِّف، أو الإضاءة، أو إرسال رسائل إلى الدكّان لتزويد المنزل بما ينقص.
• بعض هذه الأنظمة قادرة على التعلُّم من سلوك المستخدِم (التعلُّم الآليُّ)
• تمتلك القدرة على التنبُّؤ، وتقدِّم حلولًا قبل أن يطلبها المستخدِم

2. ما علاقة البيوت الذكية بموضوع الدرس (إنترنت الأشياء)؟

•يُمثِّل إنترنت الأشياء البنية التحتيَّة للبيوت الذكيَّة.

• حيث تُعد البيوت الذكية أحد أبرز التطبيقات العملية لإنترنت الأشياء (IoT)؛ فتتحول الأدوات المنزلية إلى "أشياء" متصلة عبر الحساسات والإنترنت لتبادل البيانات وتسهيل الحياة.

3. الخدمات التي تسهل الحياة اليومية وتعتمد على الإنترنت:

• الأمن والمراقبة: كاميرات مراقبة متَّصلة بالإنترنت، وتنبيهات على الهاتف عند حدوث حركة غريبة.
  •التحكُّم في الطاقة: أنظمة تكييف وتدفئة ذكيَّة لتقليل استهلاك الكهرباء.
  •الإضاءة الذكيَّة: تشغيل /  إطفاء أو تغيير الألوان والسطوع عن بُعد.
  •الأجهزة المنزليَّة الذكيَّة: ثلّاجات تُنبِّه عند نفاد الطعام، وغسّالات تبدأ تلقائيًّا في وقت محدَّد.
  •المُساعِدات الصوتيَّة: مثل Alexa أو Siri للتحكُّم بالأوامر الصوتيَّة.
  •الخدمات الصحِّيَّة: أجهزة استشعار لمتابعة الحالة الصحِّيَّة(خاصَّة لكبار السنِّ).

4. الإيجابيات والسلبيات:

الإيجابيّات:

• راحة وسهولة في إدارة المنزل عن بُعد.
• تحسين كفاءة استهلاك الطاقة وتوفير التكاليف.
• تعزيز الأمن والسلامة (مراقبة مستمرَّة، وإنذارات فوريَّة).
• مرونة التخصيص حسب احتياجات الأفراد.
• دعم كبار السنِّ أو ذوي الاحتياجات الخاصَّة.

السلبيّّات:

• ارتفاع التكلفة الأوليَّة للتركيب والتجهيز.
• الاعتماد الكبير على الإنترنت؛ فأيُّ انقطاع للشبكة يؤدّي إلى تعطُّل بعض الخدمات.
• مخاطر الاختراق والخصوصيَّة، مثل: التهديدات الأمنيَّة، وسرقة البيانات.
• قد يكون صعب الاستخدام عند بعض المستخدمين.
• مشكلات التوافق بين أجهزة شركات مختلفة.

 

ثالثاً: ملخص أمام الطلبة في الصف 

نتوصل في مجموعتنا إلى أن البيت الذكي ليس مجرد رفاهية، بل هو منظومة متكاملة من إنترنت الأشياء تهدف إلى تحويل مساحات السكن إلى بيئات تفاعلية توفر الأمان والاستدامة، مع ضرورة الوعي بتحديات الأمن السيبراني المرافقة لهذه التقنيات.

 

يُعرَّف إنترنت الأشياء ( Internet of Things: IoT ) بأنَّه شبكة من الأجهزة (الأشياء) المُترابِطة التي تتضمَّن أجهزة استشعار وبرمجيات وتقنيات اتصال عديدة، وتمتلك قدرة على جمع البيانات  ومشاركتها عبر الإنترنت من دون حاجة إلى تدخُّل بشري مباشر؛ ما يسمح لهذه الأجهزة أنْ تعمل بصورة ذكية، وتُحسِّن الكفاءة والفعّالية في العديد من المجالات.

تعرَّفْت سابقًا أنَّ مفهوم إنترنت الأشياء ( Internet of Things: IoT ) يتألَّف من كلمتين، هما:  الإنترنت، والأشياء. 

يُقصَد بالأشياء الكائنات الذكية ( Smart Objects )التي تشير إلى كل كائن مادي قد يكون متصلًا بشبكة الإنترنت، ومُعرَّفًا رقميًّا عبر عنوان( IP Address ) في الشبكة، ومُزوَّدًا بمُعالِج، ووحدة تخزين للبيانات، ونظام استشعار، وتقنيات اتصال شبكي.

يُمكِن لبعض الكائنات الذكية التأثير في بيئتها عن طريق المُشغِّلات، وذلك بتحويل الإشارات الكهربائية إلى حركة ميكانيكية أو مُتغيرات فيزيائية، وقد تكون بعض هذه الكائنات مُزوَّدة  بواجهة مُستخدِم، مثل مفاتيح التحكُّم في درجة الحرارة، خلافًا لكائنات أُُخرى لا تحتوي  على واجهة مُستخدِم أبدًا، وإنَّما تعتمد على المُستشعِرات والمُشغِّلات للتفاعل مع بيئتها  بصورة مستقلة من دون تدخُّل بشري.
 
 

 

بدأ استخدام إنترنت الأشياء منذ ثمانينيات القرن العشرين الميلادي، وقد مَرَّ بمراحل تطوُّر عديدة  حتّى وصل إلى شكله الحالي الذي يُستخدَم اليوم في مجالات عِدَّة. أنظر الجدول ( 1- 1) الذي يُبيِّن مراحل تطوُّر إنترنت الأشياء.

                                                           الجدول  (1- 1) : مراحل تطوُُّر إنترنت الأشياء.                                                                                                                 

                                                                                  

 

 

 

تمتاز أنظمة إنترنت الأشياء بخصائص ومزايا عِدَّة، أبرزها:

•  التعامل مع البيئة المحيطة:

تُستخدَم الحسّاسات في أنظمة إنترنت الأشياء لجمع بيانات من البيئة المحيطة، ثم إرسالها إلى السحابة مباشرة، حيث تُخزَّن، وتُصفّى، وتُحلَّل، وتُستخدَم في اتِّخاذ قرارات ذكية.

•  الاتصال ( Connectivity):

تعمل شبكات الإنترنت والاتصالات السلكية واللاسلكية على الربط بين الأجهزة المادية والأنظمة الرقمية؛ ما يتيح تبادل البيانات بين الأشياء في الوقت الحقيقي(الفعلي).

•  تباين الأجهزة ( Device Heterogeneity ):

تتنوَّع الأجهزة المتصلة بشبكة إنترنت الأشياء من حيث أنظمة التشغيل، ونوع الحسّاسات، وبِنيتها التقنية؛ ما يُمكِّن نظام إنترنت الأشياء من التفاعل مع مِنصّات مُتنوِّعة ومُتكامِلة.

• القابلية للتوسُّع (Scalability ):

يمتاز نظام إنترنت الأشياء بقدرته على إضافة أجهزة جديدة أو مُستخدِمين جُدُد؛ إذ يُمكِن لهذا النظام التعامل مع كَ مُتزايِد من البيانات دون أيِّ تأثير في الأداء.

• الأمان ( Security ):

تُستخدَم العديد من التقنيات والبروتوكولات لضمان حماية البيانات، ومنع الاختراقات الإلكترونية، وسَدِّ الثغرات الأمنية باستمرار، بما في ذلك التشفير، والمصادقة، وتحديث الأنظمة المستمر.

 

أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة في شبكة الإنترنت عن التوجُّهات الحديثة في إنترنت  الأشياء والتوقُّعات المستقبلية لهذه التقنية، ثمََّ أكتب تقريرًا عن ذلك، ثمَّ         أُشارِكه مع الزملاء/  الزميلات في الصف.

الحل ( إجابة محتملة )

من التوجُّهات الحاليَّة والتوقُّعات المُستقبَليَّة لإنترنت الأشياء:

⹇ تقنية RedCap/ 5G : حيث ستتمُّ معالجة البيانات عند الحصول عليها من مصادرها؛ ممّا سيسرِّع من عمليَّة المعالجة. وسيتكامل إنترنت الأشياء مع شبكات الجيل الخامس، وتحديدًا نموذج RedCap المصمَّم للأجهزة منخفضة الطاقة مثل الساعة الذكيَّة، والأجهزة القابلة للارتداء.
⹇ دمج الذكاء الاصطناعيِّ مع أجهزة إنترنت الأشياء، حيث ستتمكَّن هذه الأجهزة من تحليل البيانات، والقيام بالتنبُّؤات.
⹇ تطوير أجهزة قادرة على تمييز الحالة المزاجيَّة، والمشاعر الخاصَّة بالشخص، ممّا يُحسِّن تجربة المُستخدِم، ويعزِّز التفاعل.
⹇ البيئة البحريَّة وإنترنت الأشياء تحت الماء ( Subsea IoT )، وهو توجُّه ناشئ نحو تطبيقات إنترنت الأشياء في البيئات البحريَّة من خلال شبكات استشعار تحت الماء لمراقبة الحياة البحريَّة والصيد.

 

الحل ( إجابة محتملة 2 )

تقرير حول التوجهات الحديثة لإنترنت الأشياء (IoT) ومستقبلها مقدمة: لم يعد إنترنت الأشياء مجرد وسيلة لربط الأجهزة بالإنترنت، بل أصبح عصب الحياة الذكية؛ حيث تشير التوقعات إلى وصول عدد الأجهزة المتصلة إلى أكثر من 30 مليار جهاز بحلول  العام الحالي أولاً: التوجهات الحديثة   دمج الذكاء الاصطناعي (AIoT): تحولت الأجهزة من "متصلة" إلى "ذكية"؛ حيث تستطيع الكاميرات والحساسات الآن تحليل البيانات واتخاذ قرارات فورية دون العودة للإنسان (مثل الصيانة التنبؤية في المصانع). ثورة الجيل الخامس (5G): توفر تقنية 5G سرعة فائقة وزمن استجابة منخفض جداً، مما يسمح بتشغيل السيارات ذاتية القيادة وإجراء العمليات الجراحية عن بُعد بدقة متناهية. حوسبة الحافة (Edge Computing): بدلاً من إرسال كل البيانات إلى "السحابة"، تقوم الأجهزة بمعالجة البيانات محلياً، مما يزيد السرعة ويحمي الخصوصية. الاستدامة والتقنيات الخضراء: التركيز الحالي ينصب على ابتكار أجهزة استشعار تعمل بالطاقة الذاتية (مثل الطاقة الشمسية أو الحركية) لتقليل البصمة الكربونية. ثانياً: التوقعات المستقبلية المدن والبيوت الذكية: من المتوقع أن تصبح المباني قادرة على إدارة استهلاك الطاقة والمياه بشكل آلي تماماً بناءً على سلوك السكان، مما يوفر حتى 20% من التكاليف. الأمن السيبراني المتقدم: مع زيادة الهجمات، ستعتمد الأنظمة المستقبلية على تقنيات "البلوكشين" (Blockchain) لتأمين التواصل بين الأجهزة ومنع الاختراقات. الرعاية الصحية الوقائية: ستتطور الأجهزة القابلة للارتداء للتنبؤ بالأزمات الصحية (مثل الجلطات أو هبوط السكر) قبل وقوعها بساعات، وإرسال تنبيه مباشر للمستشفى. الخلاصة : إنترنت الأشياء  سينتقل من مرحلة "جمع البيانات" إلى مرحلة "الذكاء المستقل"، حيث ستعمل الأنظمة كبيئة متكاملة تخدم الإنسان بذكاء وهدوء. المراجع : الجزيرة نت (قسم التكنولوجيا): تقارير توجهات 2025 التقنية. مؤسسة البيانات الدولية (IDC): للإحصائيات المتعلقة بحجم الإنفاق وعدد الأجهزة. IoT Analytics: للبيانات المتخصصة في نمو السوق والتحولات الصناعية. Fortune Business Insights: للتوقعات الاقتصادية والنمو حتى عام 2030.

 

تُعَدُّ الحسّاسات إحدى اللَّبِنات الأساسية لنظام إنترنت الأشياء؛ وهي مُكوِّنات لديها القدرة  على استقبال مُحفِّز من البيئة المحيطة والاستجابة له، مثل: درجة الحرارة، والضغط، والحركة، والضوء، والرطوبة، والموقع، والصوت، والقوَّة. تُمثِّل الحسّاسات الواجهة الحِسِّية لنظام إنترنت الأشياء؛ فهي تعمل على جمع البيانات من البيئة المحيطة ضمن طبقة الإدراك  (Perception Layer )
ثمَّ تُرسِلها إلى وحدة تحكُّم أو بوّابة ذكية (Gateway ) متصلة بشبكة إنترنت الأشياء.

في معظم الحالات، تفتقر الحسّاسات إلى وجود عنوان ( IP Address ) مباشر؛ لذا يتمُّ ربطها بوحدات وسيطة مُزوَّدة بعناوين ( IP Address )؛ ما يتيح تتبُّع البيانات وربطها بمصدرها داخل الشبكة. بوجه عام، يُمكِن للحسّاسات أنْ تعمل بشكل تلقائي(تشغيل ذاتي) أو بحسب أوامر المُستخدِم المُبرمَجة  مُسبقًا.

تحتاج الحسّاسات إلى طاقة، وهي تُصنَّف تبعًا لذلك إلى نوعين، هما: 

1 -  الحسّاسات السلبية (Passive Sensors ): لا يحتاج هذا النوع إلى مصدر طاقة خارجي؛ إذ تستجيب فيه الحسّاسات فقط للإشارات البيئية الموجودة من دون إرسال أيِّ موجات، مثل:

حسّاس درجة الحرارة، وحسّاس الضوء.

2 - الحسّاسات الن شطة ( Active Sensors ) : يتطلَّب هذا النوع وجود مصدر طاقة داخلي، مثل  البطّارية. وفيه تُرسَل إشارة إلى البيئة المحيطة، ثمَّ تقاس درجة الاستجابة، كما في الحسّاس

فوق الصوتي ( Ultrasonic Sensor )، وحسّاس ( LiDAR ) 

 

أنظر الجدول. ( 1- 2) الذي يُبيِّن تصنيفًا لبعض المُحفِّزات الأساسية التي يُمكِن قياسها باستخدام الحسّاسات.

الجدول ( 1- 2): مُحفِّزات أساسية يُمكِن قياسها بالحسّاسات.

 

 

تُعَد تقنية تحديد الهُوية بموجات الراديو  ( Radio Frequency Identification: RFID  ) واحدة من التقنيات اللاسلكية الأساسية في منظومة إنترنت الأشياء ( IoT )؛ إذ تتيح تحديد الأشياء والأشخاص، وتعمل على تتبُّعهم عن بُعْد باستخدام موجات الراديو، من دون حاجة إلى وجود تلامس مباشر أو خطِّ رؤية واضح؛ ما يمنحها أهمية كبيرة مقارنةً بالرموز الشريطية التقليدية.
 

يتكَوَّن نظام رقاقات( RFID ) من ثلاثة مُكَوِّنات رئيسة تعم ل معًا على تعرّف  الأشياء وتتبعها عن بُعْد، وهي: العلامات، والقارئ، ونظام التطبيق أو المعالجة.  أنظر الشكل ( 1- 1) الذي يُبيِّن هذه المُكوِّنات والعلاقات التي تربطها ضمن بِنية نظام 

                                                                                      

الشكل ( 1- 1): مُكوِّنات نظام ( RFID ) والعلاقة التفاعلية في ما بينها

 

في ما يأتي بيان لكل مُكوِّن من هذه المُكونات:

1. علامات الرقاقات ( RFID Tags ):             

شرائح إلكترونية دقيقة تحتوي على دارة مُتكامِلة متصلة بهوائي الرقاقات (RFIR Antenna )،  ويُمكِن ربطها بجسم ما بوصفها مُعرِّفًا له،   وهي تعمل على تخزين البيانات الخاصة بالجسم المُرتبِط بها. أنظر الشكل ( 1- 2) 

                                                                                                                                                                                                                                         

2 .  قارئ رقاقات FID Reader) :(RFID ) ) وحدة الإرسال والاستقبال (RFID Transceiver):

جهاز مُزوَّد بواجهة تردُّد راديوي ووحدة معالجة للبيانات. وفيه تُستخدَم موجات الراديو لاستقبال البيانات من العلامات، ثم نقلها إلى نظام المعالجة (نظام  التطبيق). يكون قارئ الرقاقات إمّا ثابتًا (مُثبَّت على بوّابة)، وإمّا مُتحرِّكًا مثل الأجهزة اليدوية المحمولة.  أنظر الشكل ( 1- 3).

 

3. نظام التطبيق ( Application System ):

يُعرَف هذا النظام أيضًا باسم نظام معالجة البيانات،وهو الواجهة التي يتعامل معها المُستخدِم النهائي، وقد يكون تطبيقًا حاسوبيًّا، أو قاعدة بيانات مركزية تُستخدَم في تحليل البيانات الواردة من القارئ، ثم اتِّخاذ القرارات المناسبة. أنظر الشكل ( 1- 4).

الشكل ( 1-4)  آلية عمل نظام  تحديد الهويّة بموجات الراديو (RFID) 

 

يتبيََّن من الشكل السابق أنّ آليَّة عمل نظام ( RFID ) تتمثَّل في خطوتين، هما:

1. عملية الكتابة ( Writing Process):   تتضمَّن هذه العملية إرسال المعلومات من جهاز الحاسوب إلى العلامة عبر الهوائي.
2. عملية القراءة ( Reading Process ): تتضمَّن هذه العملية التقاط المعلومات من العلامة عبر الهوائي، ثمَّ إرسالها إلى جهاز الحاسوب عبر القارئ.
 

لا يتطلَّب استخدام تقنية ( RFID) وجود خطِّ رؤية أو تلامس مباشر: بين العلامة والقارئ. كذلك يُمكِن قراءة البيانات من مسافات طويلة تبعًا لنوع العلامة، وقراءة علامات عديدة في آنٍ معًا؛ ما يُعزِّز الكفاءة والفعّالية في العمليات. يُذكَر أنَّ تقنية ( RFID ) تُناسِب بيئات التشغيل السريعة وبيئات التشغيل المُعقّدة، مثل: المخازن، والمصانع.

 

 يؤدّي إنترنت الأشياء ( IoT ) دورًا حيويًّا في تطوير التنقّل الذكي ( Smart Mobility ) وتطبيقات تحديد المواقع  (Location Tracking)  وذلك بتوظيف العديد من التقنيات المُتقدِّمة التي تشمل الحسّاسات، والذكاء الاصطناعي، والاتصال السحابي، ويُعَدُّ نظام تحديد المواقع العالمي ( Global Positioning System: GPS) من أبرزهذه  التقنيات.
 

يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS )على مبدأ رياضي يُعرَف باسم التثليث ( Trilateration)، ويقوم على استخدام الإشارات الواردة من ثلاثة أقمار صناعية - على الأقل- في تحديد الموقع الجغرافي لجسم مُعيَّن على سطح الأرض بدِِقَّة عالية.

وكلَّما زاد عدد الأقمار الصناعية المُستخدَمة ( يُفضَّل استخدام أربعة أقمار أو أكثر) ، تحسَّنت دِقَّة تحديد الموقع المُستهدَف بشكل ملحوظ، لا سيَّما في البيئات المُعقَّدة، مثل: المناطق الحضرية، والوديان.

يُعتمَد في حساب الموقع الجغرافي على موقع الأقمار الصناعية في المدار وقت الإرسال،والمسافة بين كل قمر صناعي والجهاز المُستقبِل( GPS ). بناءً على هذه المعطيات، يُمكِن للنظام حساب خطوط الطول ( Longitude )، وخطوط العرض( Latitude )، والارتفاع ( Altitude )، والزمن ( Time )

لتطبيق مبدأ التثليث، يجب توافر شرطين أساسيين، هما:

• تحديد الموقع التقريبي للجسم أو الشخص المطلوب، بحيث يُستهدَف من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل
• وحساب المسافات الدقيقة بين الجسم وجميع الأقمار الصناعية المشاركة في عملية التثليث.

 

•  الأمان الرقمي: أحرص على استخدام كلمات مرور قويّة وفريدة لكل جهاز ذكي، مثل: المُوجِّه (الراوتر)، والكاميرات، وأنظمة الإضاءة الذكية. كذلك أحرص على تحديث البرامج الثابتة (Firmware) للأجهزة بشكل مستمر؛ لضمان سَدّ الثغرات الأمنية.

 

• الاستخدام المسؤول لتقنيات الحسّاسات و RFID استخدم الحسّاسات وتقنيات RFID فقط  للأغراض التعليمية والآمنة من دون تدخُّل في خصوصيات الآخرين، ولا أُحاوِل قراءة علامات (RFID) الخاصة بغيري أو العبث بها، ؛ إذ يُعَدُّ ذلك تجاوزًا للخصوصية.