نظام ذكي

لقد تطورت العديد من الأنظمة الذكية من الأنظمة الدقيقة . فهي تجمع بين التقنيات والمكونات من تكنولوجيا الأنظمة الدقيقة (الأجهزة الكهربائية والميكانيكية والبصرية والمائعية المصغرة) مع تخصصات أخرى مثل علم الأحياء والكيمياء وعلوم النانو أو العلوم المعرفية .

توجد ثلاثة أجيال من الأنظمة الذكية:

• أنظمة الجيل الأول الذكية: أجهزة التعرف على الأشياء ، وأجهزة مراقبة حالة السائق ، وأجهزة متعددة الوظائف للجراحة طفيفة التوغل
• أنظمة ذكية من الجيل الثاني: أعضاء اصطناعية مصغرة نشطة مثل غرسات القوقعة أو البنكرياس الاصطناعي ، وأنظمة متقدمة لإدارة الطاقة، وشبكات استشعار بيئية
• أنظمة الجيل الثالث الذكية: تجمع بين "الذكاء" التقني والوظائف الإدراكية بحيث يمكنها توفير واجهة بين العالم الافتراضي والعالم المادي

يُعدّ دمج المكونات المختلفة المصنّعة باستخدام تقنيات ومواد متنوعة من أبرز التحديات التي تواجه تكنولوجيا الأنظمة الذكية. وينصبّ التركيز على تصميم وتصنيع منتجات وخدمات جديدة كلياً قابلة للتسويق، سواءً للتطبيقات المتخصصة (مثل التقنيات الطبية) أو لتطبيقات السوق الشامل (مثل صناعة السيارات).

في السياق الصناعي، وعند التركيز على دمج المكونات بهدف توحيد قدراتها الوظيفية والتقنية في نظام متكامل قابل للتشغيل البيني ، يُستخدم مصطلح "تكامل الأنظمة الذكية". ويعكس هذا المصطلح المتطلبات الصناعية والتحدي الخاص المتمثل في دمج تقنيات وأحجام مكونات ومواد مختلفة في نظام واحد.

يتطلب نهج النظم تصميمًا وتصنيعًا متكاملين، ويجب أن يجمع بين المناهج والحلول التكنولوجية متعددة التخصصات ( التقنيات المتقاربة ). ولذلك، تواجه شركات التصنيع ومعاهد البحوث تحديات فيما يتعلق بالمعرفة التكنولوجية المتخصصة، والعمالة الماهرة، وأدوات التصميم، والمعدات اللازمة للبحث والتصميم والتصنيع للأنظمة الذكية المتكاملة.

فيما يتعلق بالتحديات البيئية، فإن الحلول الذكية لإدارة وتوزيع الطاقة، والتحكم الذكي في المحركات الكهربائية، والخدمات اللوجستية الذكية، أو إدارة المرافق الموفرة للطاقة، يمكن أن تقلل من الانبعاثات العالمية بنسبة 23% بحلول عام 2020، بما يعادل 9.2 جيجا طن من _ثاني أكسيد الكربون .

في قطاع السيارات ، سيكون تكامل الأنظمة الذكية عاملاً تمكينياً رئيسياً لأنظمة ما قبل الاصطدام وميزات مساعدة السائق التنبؤية لتحقيق هدف خطة عمل السلامة على الطرق المتمثل في خفض عدد وفيات حوادث المرور إلى النصف بحلول عام 2020. علاوة على ذلك، تعتبر الأنظمة الذكية أساسية للتنقل المستدام والموفر للطاقة، على سبيل المثال، الجر الهجين والكهربائي.

تساهم الأنظمة الذكية أيضًا في تطوير إنترنت الأشياء المستقبلي ، إذ تُضفي وظائف ذكية على الأشياء اليومية، كالسلع الصناعية في سلسلة التوريد ، أو المنتجات الغذائية في سلسلة الإمداد الغذائي. وبفضل تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو النشطة (RFID )، وأجهزة الاستشعار اللاسلكية، وقدرة الاستشعار والاستجابة الفورية، وكفاءة الطاقة، ووظائف الشبكات، ستتحول الأشياء إلى أشياء ذكية. ويمكن للسلع الصناعية الذكية تخزين معلومات حول منشئها ووجهتها ومكوناتها واستخدامها، كما يمكن أن يصبح التخلص من النفايات عملية إعادة تدوير فردية فعّالة .

طورت شركة Armatix مسدساً يستخدم ساعة يد نشطة بتقنية RFID للعمل.

في قطاع الرعاية الصحية، تُسهم تكنولوجيا الأنظمة الذكية في تطوير أدوات تشخيصية أفضل، وتحسين العلاج، ورفع مستوى جودة حياة المرضى، مع خفض تكاليف أنظمة الرعاية الصحية العامة في الوقت نفسه. ومن أبرز التطورات في هذا القطاع الأجهزة الذكية المصغرة والأعضاء الاصطناعية كالبنكرياس الاصطناعي وزراعة القوقعة .

على سبيل المثال، تحتوي أجهزة المختبر على رقاقة على مستشعرات كيميائية حيوية تكشف عن مؤشرات جزيئية محددة في سوائل الجسم أو أنسجته. ويمكن أن تشمل هذه الأجهزة وظائف متعددة مثل أخذ العينات، وإعدادها، ومعالجتها المسبقة، ومعالجة البيانات وتخزينها، بالإضافة إلى أنظمة قابلة للزرع يمكن للجسم امتصاصها بعد الاستخدام، ومستشعرات غير جراحية تعتمد على مبادئ الامتصاص عبر الجلد ، أو أجهزة لإعطاء الأدوية بشكل متجاوب. وفي مجال الرعاية الصحية، غالبًا ما تعمل الأنظمة الذكية بشكل مستقل وضمن شبكات، نظرًا لقدرتها على توفير المراقبة والتشخيص في الوقت الفعلي، والتفاعل مع الأجهزة الأخرى، والتواصل مع المريض أو الطبيب.