ما هي النظم الفيزيائية السيبرانية ، ولماذا هي ذات صلة اليوم ، وما الدور الذي يلعبه الذكاء الاصطناعي في تطورها؟
تعد دراسة الخصائص المختلفة لأنظمة تكنولوجيا المعلومات من حيث تفاعل مكوناتها المادية والرقمية مجالًا جديدًا وملائمًا للعلم الحديث للأنظمة الفيزيائية السيبرانية [1].
المكونات الرئيسية لأي نظام سيبروفيزيائي هي (الشكل 1):
- ( );
- ( , , , .);
- ( , .);
- ( XR ).
.1 , .
, , . , , .. .
, , , : .
(Cyber-physical systems, CPS) — . : CyPhyLab , MIT media lab, , Bosch, Toshiba PTC.
CPS - , , , .. “”. , CPS — , , . , , , CPS (.2).
.2 .
, , 4.0.
Acatech, 4.0, , : , . , , “ ”, . — , , 2011 . .
.3 , .
, CPS, , . — .
- 3- , , , , , . , , . , .
. 4
, .
. 5 .
. [3]. , [4–6]. , , , . , , . , , .
. habr.
. 6 . ( , HighLoad++ 2018).
, , 2- . . — , .
. 7 ( , HighLoad++).
. 8 .
(), . SpaceX Starlink. , .
— . . , , . , - , .
. 9 VR .
TZUP, PHYGITALISM , . ( ), .. . . , , . . .
. 10 .
CPS
تين. 11 تصور محاكاة العمليات التكنولوجية في التوأم الرقمي للمصنع.قضية أخرى مهمة هي ضمان أمن CPS - أصبح إنشاء أنظمة الحماية من الهجوم المادي السيبراني مجالًا موضعيًا جديدًا في مجال أمن المعلومات. يمكنك التعرف على الأفكار حول هذا الموضوع في الملاحظة التالية .دعونا نلقي نظرة على حالة عملية تسمى PlantSimينفذها فريق PHYGITALISM. كان الهدف الرئيسي من المشروع هو إنشاء نظام كشف غير طبيعي في قنوات الاتصال بين PLC (وحدة تحكم المنطق القابلة للبرمجة) ، والتي تتحكم في العمليات التكنولوجية في المصفاة ونظام المراقبة الهندسية (SCADA). للبحث عن الشذوذ في قنوات التحكم ، تم اقتراح استخدام شبكة عصبية متكررة [7].
تين. 12 مخطط تخطيطي للنظام الفيزيائي السيبراني قيد النظر.كبيانات لتدريب مثل هذه الشبكة ، يتم استخدام البيانات الاصطناعية التي تم الحصول عليها من المضاعف الرقمي للمصنع. تكمن ميزة هذا النهج ، مقارنة بالحل التقليدي القائم على القواعد المنطقية للتحكم في قنوات الاتصال ، في مجموعة متنوعة من المواقف التي يمكن لنظام الذكاء الاصطناعي اكتشافها. بمساعدة مضاعفة رقمية للمصنع ، من الممكن التفكير في مثل هذه المواقف النادرة ولكن الخطيرة مثل انفجار المفاعل. وبالطبع ، هناك عامل مهم هو السرعة التي يمكن بها الحصول على بيانات جديدة لتدريب النظام.يعمل الذكاء الاصطناعي على تقوية الأعضاء الحسية لـ CPS
صورة 13 مستشعر soli لمشروع Google.للحصول على أفضل جودة لعمل CPS ، من الضروري الحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات حول حالة البيئة التي يعمل فيها هذا النظام ، وتحديد العمليات التي تحدث في مكوناته بأكبر قدر ممكن من الدقة. تعمل جميع أنواع أجهزة الاستشعار وأجهزة الاستشعار كأعضاء حسية لـ CPS. كلما "رأى" النظام بشكل أفضل ما يحدث معه وحوله في لحظة معينة من الزمن ، كلما كانت جودة قراراته بشأن إدارة الموارد المتاحة أفضل.على سبيل المثال ، في سياق القسم السابق ، يتم تثبيت الترموستات الأكثر حساسية في الخزان لنقل السوائل المتفجرة (شريطة أن يكون هذا الترموستات غير حساس لانبعاثات الضوضاء) ، كلما كان نظام الأمان قادرًا على اكتشاف الخطر ومنعه في أقرب وقت.
التين .14 استخدام soli المشروع للتحكم في الأجهزة باستخدام الإيماءات.كمثال أكثر حيوية ، ضع في اعتبارك التعرف على الإيماءات البشرية الدقيقة باستخدام إشارة wi-fi للتحكم في الأدوات.وهنا يمكن للذكاء الاصطناعي أن يساعد في تحسين أداء أجهزة الاستشعار الموجودة أو في إنشاء أجهزة استشعار جديدة. يتم إظهار ذلك بوضوح من خلال مستشعر Google Project Soli.الفكرة الأساسية هنا ليست جديدة: أجهزة توجيه wi-fi هي أجهزة استقبال إرسال موجات كهرومغناطيسية. بالمرور عبر الفضاء ، تنعكس الموجة الكهرومغناطيسية من أجسام مختلفة وتعود إلى الجهاز. إذا بدأ الجسم في التحرك ، فسيتم إضافة سرعته أو طرحها بسرعة الموجة الكهرومغناطيسية ، مما يتسبب في حدوث تحول في تردد وطول الموجة المنعكسة. تسمى هذه الظاهرة بتأثير دوبلر ، ويمكننا استخدامها للكشف عن الإيماءات ، وليس فقط باستخدام جهاز توجيه wi-fi . ومع ذلك ، ليست كلها بهذه البساطة.أولاً ، تعمل أجهزة التوجيه العادية بترددات بترتيب 5 جيجاهرتز. قد يكون هذا التردد غير كافٍ للحصول على حل جيد لخوارزمية التصنيف ، أي قريبة من الشكل ، ولكن سيتم التعرف على الكائنات المختلفة بشكل أساسي على أنها نفس الكائن. يتم حل هذه المشكلة عن طريق زيادة تردد التشغيل للجهاز (soli المشروع لديه تردد تشغيل 57-64 جيجا هرتز).ثانيًا ، في المهام الحقيقية ، يُطلب منه التعرف ليس فقط على إيماءة محددة ، ولكن أيضًا لمن تنتمي هذه الإيماءة ، في غرفة واحدة يمكن أن يكون هناك العديد من الأشخاص في وقت واحد وقد يكون لكل منهم أولويات مختلفة في النظام. يتم حل هذه المشكلة والعديد من المشاكل الأخرى غير المعلنة باستخدام خوارزميات التعلم العميق الحديثة [8]. يتم استخدام هذا النهج ، على سبيل المثال ، في مشروع WiSee.ينفذها الطلاب والموظفون في جامعة واشنطن.نظرًا لأن عمل خوارزميات الشبكة العصبية يتطلب معقدًا كبيرًا ، ولكن نفس النوع من الحسابات ، لتنفيذها في الأجهزة ، هناك وحدات حوسبة خاصة ، تسمى TPU (عملية الموتر init) أو غير ذلك - الوحدات العصبية والمعالجات العصبية. يمكن تحسين وحدات الحوسبة هذه لمهمة معينة ، سواء كانت التعرف على الوجوه أو الأصوات أو الإيماءات. فقط لحل مشكلة التعرف على الإيماءات أو الحركات المكانية للأجسام الصغيرة ، تم إنشاء TPU "Soli I-CB" خاص ، والذي يمكن دمجه في العديد من الأجهزة والأدوات الذكية.
تين. 15 مشروع Neurochips soli.استنتاج
تعد النظم الفيزيائية السيبرانية مكونًا مهمًا في عصر المعلومات. كلما فهمنا بشكل أفضل كيفية تصميم هذه الأنظمة وتحليلها وحمايتها وتحسينها ، كلما جعلنا العالم من حولنا أفضل وأكثر أمانًا وفهمًا. كما ترى من الأمثلة أعلاه ، يمكن للذكاء الاصطناعي تحسين أداء CPS على جميع المستويات ، وسيجلب التآزر بين هذين المجالين ذوي الصلة (AI + CPS) العديد من التحسينات المثيرة للاهتمام وغير المتوقعة في حياتنا.إذا كنت طالبًا جامعيًا أو مهتمًا بموضوع CPS و AI و XR وتنفيذ مشاريع مماثلة ، فإن لدينا في هذه الحالة برنامج ماجستير "الواقع المعزز / الواقع الافتراضي والذكاء الاصطناعي" استنادًا إلى كلية المعلوماتية التطبيقية وتكنولوجيا المعلومات بمعهد موسكو للطيران ، بالتعاون مع استوديو التكنولوجيانباتية . يعتمد البرنامج على دورات حول الذكاء الاصطناعي ، والأنظمة الفيزيائية السيبرانية ، والواقع الافتراضي والمعزز ، الذي سنساعدك في إطاره على فهم جميع الحيل للعمل مع التكنولوجيا في الممارسة العملية.في انتظارك!مؤلف
Vadim Kondrattsev ، مهندسالبحث والتطوير محاضر PHYGITALISMفي معهد موسكو للطيرانvadim@phygitalism.comitcentrmai@gmail.comالمصادر1. Allgöwer و Frank & Sousa و João & Kapinski و James & Mosterman و Pieter & Oehlerking و Jens & Panciathai و Patrick & Pansh ، أكشاي وتابوادا ، باولو ووينزلبرغر ، فيليب. (2019). ورقة موقف حول التحديات التي تفرضها التطبيقات الحديثة على نظرية النظم الفيزيائية السيبرانية. التحليل غير الخطي. 34. 147-165. 10.1016 / j.nahs.2019.05.007.2. باولو تابوادا ، الأنظمة الفيزيائية السيبرانية: ورقة الموقف3. لي ، إدوارد أ. "الماضي والحاضر والمستقبل للأنظمة الفيزيائية السيبرانية: التركيز على النماذج".مجسات (بازل ، سويسرا) المجلد. 15.3 4837–69. 26 فبراير 2015 ، دوى: 10.3390 / s1503048374. RG Sanfelice. تحليل وتصميم النظم الفيزيائية السيبرانية. نهج أنظمة التحكم الهجين // الأنظمة الفيزيائية السيبرانية: من النظرية إلى الممارسة / د. راوات ، ج. رودريغز ، إ. ستوجمنوفيتش. - CRC Press، 20165. Shao Z.، Liu J. (2013) Spatio-timeal Hybrid Automata for Cyber-Physical Systems. في: Liu Z.، Woodcock J.، Zhu H. (eds) الجوانب النظرية للحوسبة - ICTAC 2013. ICTAC 2013. Lecture Notes in Computer Science، vol 8049. Springer، Berlin، Heidelberg6. EA Lee and SA Seshia، Introduction إلى الأنظمة المدمجة - نهج الأنظمة الفيزيائية السيبرانية ، http://LeeSeshia.org ، 2011.7. فيلونوف ، بافيل وكيتاشوف ، فيدور ولافرنتييف ، أندري. (2017). الكشف المبكر عن الهجمات السيبرانية القائم على RNN لعملية تينيسي إيستمان. ArXiv abs / 1709.022328. Qifan Pu ، Sidhant Gupta ، Shyam Gollakota ، Shwetak Patel (2013) التعرف على إيماءات المنزل بالكامل باستخدام الإشارات اللاسلكية // المؤتمر الدولي السنوي التاسع عشر للحوسبة المتنقلة والشبكات (Mobicom'13)