الحوسبة المادية
يشمل الحوسبة الفيزيائية أنظمة تفاعلية قادرة على استشعار العالم المحيط بها والتفاعل معه. ورغم أن هذا التعريف واسع بما يكفي ليشمل أنظمة مثل أنظمة التحكم المروري الذكية في السيارات أو عمليات أتمتة المصانع ، إلا أنه لا يُستخدم عادةً لوصفها. وبمعنى أوسع، تُعد الحوسبة الفيزيائية إطارًا إبداعيًا لفهم علاقة الإنسان بالعالم الرقمي . عمليًا، يُستخدم المصطلح غالبًا لوصف الأعمال الفنية اليدوية، أو التصميم، أو مشاريع الهوايات التي تُنفذ ذاتيًا ، والتي تستخدم أجهزة استشعار ووحدات تحكم دقيقة لتحويل المدخلات التناظرية إلى نظام برمجي ، و/أو للتحكم في الأجهزة الكهروميكانيكية مثل المحركات ، والمحركات المؤازرة ، والإضاءة ، أو غيرها من الأجهزة.
تتقاطع الحوسبة الفيزيائية مع مجموعة الأنشطة التي يشار إليها غالبًا في الأوساط الأكاديمية والصناعية باسم الهندسة الكهربائية، والميكاترونيات ، والروبوتات، وعلوم الحاسوب، وخاصة تطوير الأنظمة المدمجة.
أمثلة
تُستخدم الحوسبة الفيزيائية في مجالات وتطبيقات متنوعة. ومن أشهر الأمثلة عليها أردوينو وراسبيري باي . تُمكّن هذه الأمثلة من برمجة الأنظمة للتفاعل مع العالم الحقيقي، مما يُظهر العلاقة بين العالم المادي والرقمي. [ 1 ]
التطبيقات التجارية
تتراوح التطبيقات التجارية للحوسبة الفيزيائية بين الأجهزة الاستهلاكية مثل Sony Eyetoy أو الألعاب مثل Dance Dance Revolution، وصولاً إلى استخدامات أكثر تخصصًا وعملية، بما في ذلك استخدام رؤية الآلة في أتمتة فحص الجودة على خطوط تجميع المصانع . ويمكن اعتبار الألعاب التفاعلية ، مثل Wii Fit من Nintendo ، شكلاً من أشكال الحوسبة الفيزيائية. وتشمل التطبيقات الأخرى للحوسبة الفيزيائية التعرف على الصوت ، الذي يستشعر الموجات الصوتية ويفسرها عبر الميكروفونات أو أجهزة استشعار الموجات الصوتية الأخرى، ورؤية الحاسوب ، التي تطبق خوارزميات على تدفق غني من بيانات الفيديو التي تستشعرها عادةً كاميرا ما. وتُعد واجهات اللمس مثالاً آخر على الحوسبة الفيزيائية، مع أن الحاسوب في هذه الحالة هو من يُولّد المحفز المادي بدلاً من استشعاره . ويعتمد كل من التقاط الحركة والتعرف على الإيماءات على رؤية الحاسوب لتحقيق نتائج فعّالة. واليوم، تُستخدم الحوسبة الفيزيائية في الساعات الذكية والطائرات بدون طيار وأجهزة تنظيم الحرارة والغسالات. ومع التطور الأخير للذكاء الاصطناعي ، تُصنع الروبوتات بالكامل باستخدام الحوسبة الفيزيائية.
التطبيقات العلمية
يمكن أن يشمل مصطلح الحوسبة الفيزيائية أيضًا تصنيع واستخدام أجهزة استشعار أو جامعات مخصصة للتجارب العلمية، على الرغم من ندرة استخدام هذا المصطلح لوصفها بهذا الشكل. ومن الأمثلة على نمذجة الحوسبة الفيزيائية مشروع إليستريس ، الذي يسعى إلى محاكاة تطور الكون بدقة منذ الانفجار العظيم وحتى يومنا هذا، أي بعد 13.8 مليار سنة . [ 2 ] [ 3 ]
فن
في عالم الفن، تشمل المشاريع التي تطبق الحوسبة الفيزيائية أعمال سكوت سنيبي ، ودانيال روزين ، ورافائيل لوزانو هيمر ، وجونا بروكر كوهين ، وكاميل أترباك .
تعليم
لقد تجلّت مزايا الحوسبة المادية في التعليم في بيئات التعلم غير الرسمية المتنوعة. وقد طوّر متحف إكسبلوراتوريوم ، الرائد في مجال التعلم القائم على الاستقصاء ، بعضًا من أوائل الأجهزة التفاعلية التي تتضمن أجهزة حاسوب، ولا يزال يضم المزيد والمزيد من الأمثلة على الحوسبة المادية والواجهات الملموسة مع تطور التقنيات المرتبطة بها.
تُظهر الدراسات أن مشروعًا حول الحوسبة الفيزيائية يُسفر عن تحسينات ذات دلالة إحصائية في مهارات التفكير الحسابي لدى الطلاب. وقد تم ذلك أيضًا في إطار الجهود المبذولة لزيادة اهتمام الطلاب بالحوسبة الفيزيائية، نظرًا لتزايد تطبيقاتها في الحياة الواقعية. [ 4 ]
بالنسبة لطلاب المراحل الدراسية من الروضة وحتى الصف الثاني عشر، غالبًا ما تُشكّل منصتا سكراتش وتطبيقات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بوابةً إلى منصات أكثر تطورًا. تستخدم هذه المنصات البرمجة المرئية (البرمجة بالكتل) لتمكين المراهقين من التفاعل مع العالم الرقمي بشكلٍ أوسع من المنصات الأخرى. وقد أطلقت منظمات مثل Code.org برنامجًا بعنوان "ساعة البرمجة" في محاولةٍ لتوفير فرص الوصول إلى الحوسبة للطلاب في جميع أنحاء العالم.
طُرق
يلعب تصميم النماذج الأولية دورًا هامًا في الحوسبة الفيزيائية. تُعدّ منصتا أردوينو وأدا فروت (Adafruit.io) من الوسائل الفعّالة والمنخفضة التكلفة نسبيًا في مجال الحوسبة الفيزيائية. غالبًا ما تُباع هذه اللوحات كأجهزة يمكنك تجميعها بنفسك ، وليس للمهندسين المحترفين، مما يُتيح للجميع الوصول إلى بعض أساليب الحوسبة الفيزيائية. باستخدام هذه المنصات، يُمكن للمستخدمين بناء أجهزة منزلية ذكية مزودة بمستشعرات، وإرسال البيانات إلى السحابة، وعرض المعلومات على لوحة تحكم المنصة. تعتمد هذه المنصات في الغالب على تطوير المستخدم النهائي لكي تعمل، مما يجعل للحوسبة الفيزيائية تطبيقات عملية أكثر، ويُبرز تنوّع استخداماتها. [ 5 ]
تصميم المنتج
توجد ممارسات الحوسبة المادية أيضاً في مجال تصميم المنتجات والتفاعل، حيث تُستخدم أحياناً أنظمة مضمنة مصممة يدوياً لإنشاء نماذج أولية سريعة لمفاهيم المنتجات الرقمية الجديدة بطريقة فعالة من حيث التكلفة. ومن المعروف أن شركات مثل IDEO و Teague تتبع هذا النهج في تصميم المنتجات .
للمزيد من القراءة
- إيغو، توم؛ أوسوليفان، دان (2004). الحوسبة الفيزيائية: استشعار العالم المادي والتحكم فيه باستخدام الحواسيب . دار بريمير للنشر. ISBN 1-59200-346-X.
مراجع
- ↑ بارون رايشودري؛ الحوسبة الفيزيائية باستخدام أردوينو. مجلة تدريس الفيزياء. 1 ديسمبر 2023؛ 61 (9): 795-798. https://doi.org/10.1119/5.0108658
- ↑ فريق العمل (14 يونيو 2014). "محاكاة إليستريس - نحو نظرية تنبؤية لتكوين المجرات" . www.illustris-project.org . تاريخ الاطلاع: 16 يوليو 2014 .
- ↑ فوغلسبرغر، مارك؛ جينيل، شاي؛ سبرينغل، فولكر؛ توري، بول؛ سيجاكي، ديبورا ؛ شو، داندان؛ سنايدر، غريغ؛ نيلسون، ديلان؛ هيرنكويست، لارس (14 مايو 2014). "تقديم مشروع إليستريس: محاكاة التطور المشترك للمادة المظلمة والمرئية في الكون" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 444 (2): 1518-1547 . arXiv : 1405.2921 . Bibcode : 2014MNRAS.444.1518V . doi : 10.1093/mnras/stu1536 . S2CID 16470101 .
- ↑ هسو، آي-ينغ، وفو-هسينغ تساي. "تطوير وتقييم مشروع تصميم لعبة حاسوبية فيزيائية لتنمية التفكير الحسابي لدى الطلاب". تكنولوجيا التعليم والمجتمع 26.4 (2023): 38-50. موقع إلكتروني.
- ↑ ماكيلي، مونيكا ج. "منصات الحوسبة المادية منخفضة التكلفة لإنشاء نماذج أولية لأنظمة المنازل الذكية من قِبل المستخدم النهائي". السلوك وتكنولوجيا المعلومات ، المجلد 40، العدد 10، أغسطس 2021، الصفحات 997-1007. EBSCOhost ، https://doi.org/10.1080/0144929X.2021.1918248.
روابط خارجية
- أردوينو ، منصة حوسبة فيزيائية مفتوحة المصدر تحظى بشعبية كبيرة
- راسبيري باي ، حاسوب متكامل مزود بمنافذ GPIO للتفاعل مع العالم، يتمتع بمجتمع ضخم، والعديد من الدروس التعليمية المتاحة. تتوفر العديد من توزيعات لينكس، بالإضافة إلى ويندوز إنترنت الأشياء، وأنظمة RTL أحادية النواة بدون نظام تشغيل مثل Ultibo Core. [ 1 ]
- بيغل بون ، حاسوب لينكس كامل مزود بمنافذ GPIO، ولكنه أقل مرونة قليلاً
- فوكس بورد (وغيره) ، وهو حاسوب لينكس آخر مزود بمنافذ GPIO، ولكن بمعلومات قليلة.
- مشروع أرييه للروبوتات للصغار]. جهاز كمبيوتر حاسوبي يعمل بنظام ويندوز 7 ، تم بناؤه باستخدام برنامج مايكروسوفت لتطوير الروبوتات .
- BluePD BlueSense ، منصة حوسبة فيزيائية من شركة Blue Melon. هذه المنصة قابلة للبرمجة بصريًا باستخدام نظام Pure Data الشهير (مفتوح المصدر).
- تعرض صفحة الفنان دانيال روزين، معرض bitforms ، صورًا وفيديوهات لأعمال دانيال روزين التركيبية والمنحوتات التفاعلية.
- Dwengo ، منصة حوسبة تعتمد على متحكم دقيق PIC وتأتي مع لوحة تجارب لتسهيل عملية النمذجة الأولية.
- مختبر EmbeddedLab ، وهو مختبر بحثي يقع داخل قسم تصميم الهندسة المعمارية بمساعدة الحاسوب فيالمعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ.
- Fritzing - من النموذج الأولي إلى المنتج: برنامج يدعم المصممين والفنانين للانتقال من النماذج الأولية المادية إلى المنتج الفعلي.
- GP3 ، وهو خيار شائع آخر يسمح ببناء أنظمة مادية باستخدام أجهزة الكمبيوتر واللغات التقليدية (C، Basic، Java، إلخ) أو بشكل مستقل باستخدام أداة تطوير تعتمد على النقر والتحديد.
- الحوسبة الفيزيائية ، برنامج الاتصالات التفاعلية ، جامعة نيويورك
- الحوسبة الفيزيائية بقلم دان أوسوليفان
- تمت أرشفة الحوسبة الفيزيائية في 2016-12-08 على Wayback Machine ، وهي مجموعة توم إيجو من الموارد والأمثلة وملاحظات المحاضرات لدورات الحوسبة الفيزيائية في ITP.
- الحوسبة الفيزيائية ( مؤرشفة بتاريخ 18 مارس 2020 على موقع Wayback Machine) : مدخل إلى عالم الإلكترونيات باستخدام منهج "التعلم بالممارسة"، حيث يقدم نماذج إلكترونية أولية بطريقة مرحة وغير تقنية. (يانيف شتاينر، IDII)
- Theremino ، وهو نظام معياري مفتوح المصدر لربط المحولات (أجهزة الاستشعار والمشغلات) عبر USB بأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة والأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة.
- ↑ "Ultibo Core" . Ultibo.org .
- الحوسبة المادية
- تطبيقات رؤية الحاسوب
- واجهات المستخدم
- تصميم
- الفن الرقمي
- الواقع الافتراضي
- أنظمة الحاسوب