همه چیز در خصوص خانه هوشمند (مزایا، معایب، خاستگاه و چشم‌انداز)

خانه هوشمند (Smart Home) خانه‌ای است که در آن از دستگاه‌های متصل به اینترنت برای امکان نظارت و مدیریت از راه دور وسایل و سیستم‌ها، مانند روشنایی و گرمایش، استفاده می‌شود.

فن‌آوری خانه هوشمند که اغلب به آن اتوماسیون خانگی یا domotics نیز گفته‌ می‌شود (از لاتین Domus به معنی خانه)، امنیت، راحتی، آسایش و بهره‌وری درست از انرژی را برای صاحبان خانه فراهم می‌کند. و به آنها اجازه می‌دهد دستگاه‌های هوشمند را با استفاده از نرم‌افزاری روی دستگاه‌های خانگی و موبایل‌های هوشمند یا سایر دستگاه‌های تحت شبکه خود کنترل کنند. بخشی از اینترنت اشیا (IoT)، سیستم‌ها و دستگاه‌های خانه‌های هوشمند اغلب با هم کار می‌کنند؛ داده‌های مصرفی را بین خود به اشتراک می‌گذارند و اقدامات را بر اساس ترجیحات صاحب خانه خودکار می‌کنند.

نمونه‌هایی از فناوری خانه های هوشمند

تقریباً در هر جنبه‌ای از فناوری که به نحوی وارد فضای خانگی شده‌ است (لامپ‌ها، ماشین ظرفشویی و غیره) جایگزینی در خانه هوشمند معرفی شده‌ است:

• تلویزیون‌های هوشمند به اینترنت متصل می‌شوند تا از طریق برنامه‌هایی مانند ویدیو و موسیقی درخواستی به محتوا دسترسی داشته باشند. برخی از تلویزیون‌های هوشمند همچنین دارای قابلیت تشخیص صدا یا ژست هستند.
• سیستم‌های روشنایی هوشمند، مانند Hue از Philips Lighting Holding B.V، علاوه بر اینکه می‌توانند از راه دور کنترل شوند و سفارشی شوند، می‌توانند تشخیص دهند که چه زمانی سرنشینان در اتاق هستند و نور را در صورت نیاز تنظیم کنند. لامپ‌های هوشمند همچنین می‌توانند خود را بر اساس در دسترس بودن نور روز تنظیم کنند.
• ترموستات‌های هوشمند، مانند Nest از شرکت Nest Labs، با Wi-Fi یکپارچه عرضه می‌شوند و به کاربران امکان می‌دهند دمای خانه را زمان‌بندی، نظارت و از راه دور کنترل کنند. این دستگاه‌ها همچنین رفتارهای صاحب خانه را یاد می‌گیرند و به طور خودکار تنظیمات را تغییر می‌دهند تا حداکثر راحتی و کارایی را برای ساکنان فراهم کنند. ترموستات‌های هوشمند همچنین می‌توانند مصرف انرژی را گزارش کنند و به کاربران یادآوری کنند که فیلترها را عوض کنند.
• با استفاده از قفل‌های هوشمند و بازکننده‌های درب گاراژ، کاربران می‌توانند به افراد مدنظر خود اجازه ورود را بدهند، یا این اجازه را از آنها بگیرند. قفل‌های هوشمند همچنین می‌توانند زمان نزدیک بودن ساکنین را تشخیص دهند و درها را برای آنها باز کنند.
• با دوربین‌های امنیتی هوشمند، ساکنان می‌توانند خانه‌های خود را از راه دور و در هر شرایطی نظارت کنند. حسگرهای حرکتی هوشمند همچنین قادر به تشخیص تفاوت بین ساکنین، رهگذران، حیوانات خانگی و سارقان هستند و در صورت مشاهده رفتار مشکوک می‌توانند مقامات را مطلع کنند.
• مراقبت از حیوانات خانگی را می‌توان با فیدرهای متصل به صورت خودکار انجام داد و در مواقع معین نیاز حیوانات به غذا را تامین کرد. گیاهان آپارتمانی و چمن‌ها را نیز می‌توان از طریق تایمرهای متصل آبیاری کرد.
• انواع لوازم آشپزخانه، از جمله قهوه‌سازهای هوشمند که می‌توانند یک فنجان قهوه تازه را به طور خودکار در زمان برنامه‌ریزی شده‌ دم کنند، در دسترس هستند. یخچال‌های هوشمندی که تاریخ انقضا را پیگیری می‌کنند، فهرست‌های خرید درست می‌کنند یا حتی دستور العمل‌هایی را بر اساس مواد موجود تهیه می‌کنند. همچنین کنترل آرام‌پز  و توستر، و در اتاق لباسشویی، ماشین لباسشویی و خشک کن نیز از این طریق امکان‌پذیر است.
• برای مثال، مانیتورهای سیستم خانگی ممکن است موج برق را حس کنند و وسایل برقی را خاموش کنند یا شکستگی آب یا یخ زدگی لوله‌ها را حس کنند و آب را قطع کنند تا به عنوان مثال، در زیرزمین جاری نشود.

مزایای خانه هوشمند

یکی از محبوب‌ترین مزایای اتوماسیون خانگی، ایجاد آرامش خاطر برای صاحبان خانه است. چرا که به آنها اجازه می‌دهد خانه‌های خود را از راه دور کنترل کنند؛ این امکان به آنها کمک می‌کند تا با خطراتی مانند قهوه‌سازی که خاموش کردن آن فراموش شده، یا باز ماندن درب ورودی خانه‌شان، مقابله کنند.

Domotics همچنین برای سالمندان مفید است، و نظارتی را ارائه می‌دهد که می‌تواند به سالمندان کمک کند تا به جای نقل مکان به خانه سالمندان یا نیاز به مراقبت 24 ساعته در منزل، راحت و ایمن در خانه بمانند.

خانه‌های هوشمند می‌توانند ترجیحات کاربر را برای راحتی در نظر بگیرند. به عنوان مثال، کاربران می‌توانند درب گاراژ خود را برای باز شدن، روشن شدن چراغ‌ها، روشن شدن شومینه و آهنگ‌های مورد علاقه خود را برای پخش برنامه ریزی کنند.

اتوماسیون خانگی همچنین به مصرف کنندگان کمک می‌کند تا کارایی وسایل منزل را بهبود بخشند. به جای روشن گذاشتن‌ تهویه مطبوع در تمام روز، یک سیستم خانه هوشمند می‌تواند رفتارها را یاد بگیرد و مطمئن شود که خانه تا زمانی که صاحب خانه از محل کار به خانه می‌رسد خنک خواهد شد. در مورد لوازم خانگی هم همینطور خواهد بود. با سیستم آبیاری هوشمند، چمن فقط در صورت نیاز و با مقدار دقیق آب مورد نیاز آبیاری می‌شود. با اتوماسیون خانگی، انرژی، آب و سایر منابع به طور موثرتری استفاده می‌شود. این موضوع به صرفه جویی در منابع طبیعی و پول برای مصرف کننده کمک می‌کند.

اتوماسیون خانگی چه معایبی دارد؟

با این حال، سیستم‌های اتوماسیون خانگی تا حدودی به دلیل ماهیت فنی خود، برای تبدیل شدن به جریان اصلی تلاش کرده‌اند. نقطه ضعف خانه‌های هوشمند پیچیدگی درک آنهاست. برخی از افراد با تکنولوژی مشکل دارند یا با بروز اولین مشکل از آن دست می‌کشند. سازندگان خانه‌های هوشمند بر روی کاهش پیچیدگی و بهبود تجربه کاربری کار می‌کنند تا آن را برای کاربران در هر قشر و سطوح فنی لذت بخش و سودمند کنند.

برای اینکه سیستم‌های اتوماسیون خانگی واقعاً مؤثر باشند، دستگاه‌ها باید بدون در نظر گرفتن سازنده، قابلیت همکاری داشته باشند و از پروتکل‌های مشابه یا حداقل پروتکل‌های مکمل استفاده کنند. از آنجایی که این یک بازار نسبتا جدید است، هنوز استاندارد طلایی برای اتوماسیون خانگی وجود ندارد. با این حال، اتحادیه‌های استاندارد با تولیدکنندگان و پروتکل‌ها همکاری می‌کنند تا از قابلیت همکاری و تجربه کاربری یکپارچه اطمینان حاصل کنند.

امنیت خانه‌های هوشمند

مسئله مهم دیگر امنیت خانه هوشمند است. یک گزارش NTT Data Corp در سال 2016 نشان داد که 80٪ از مصرف کنندگان ایالات متحده نگران امنیت داده‌های خانه هوشمند خود هستند. اگر هکرها بتوانند به یک دستگاه هوشمند نفوذ کنند، به طور بالقوه می‌توانند چراغ‌ها و آلارم‌ها را خاموش کرده و قفل درها را باز کنند و خانه‌ای را در مقابل نفوذ بی‌دفاع نگه دارند. علاوه بر این، هکرها می‌توانند به طور بالقوه به شبکه صاحب خانه دسترسی داشته باشند که منجر به حملات بدتر یا استخراج داده‌ها شود. در اکتبر 2016، بات‌نت Mirai IoT توانست بخش‌هایی از اینترنت را در یک سری حملات انکار سرویس توزیع شده (DDoS) با استفاده از دوربین‌های کم امنیت، DVR و روترها به‌عنوان نقاط ورودی از بین ببرد.

علاوه بر امنیت خانه، بسیاری از مخالفان خانه هوشمند نگران حریم خصوصی داده‌ها هستند. گزارش NTT Data نشان می‌دهد که 73 درصد از مصرف کنندگان نگران حریم خصوصی داده‌های به اشتراک گذاشته شده توسط دستگاه‌های خانه هوشمند خود هستند. در حالی که تولیدکنندگان دستگاه‌های خانه هوشمند و پلت‌فرم‌ها ممکن است داده‌های مصرف‌کننده را جمع‌آوری کنند تا محصولات خود را بهتر بسازند یا خدمات جدید و بهبودیافته‌ای را به مشتریان ارائه دهند، اعتماد و شفافیت برای تولیدکنندگانی که به دنبال به دست آوردن مشتریان جدید هستند، حیاتی است.

خانه‌های هوشمند چگونه کار می‌کنند؟/ پیاده‌سازی خانه‌های هوشمند

خانه‌های نوساز اغلب با زیرساخت خانه هوشمند ساخته می‌شوند. از سوی دیگر، خانه‌های قدیمی را می‌توان با فناوری‌های هوشمند بازسازی کرد. در حالی که بسیاری از سیستم‌های خانه هوشمند هنوز روی X10 یا Insteon کار می‌کنند، بلوتوث و وای‌فای محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند.

Zigbee و Z-Wave دو مورد از رایج ترین پروتکل‌های ارتباطی اتوماسیون خانگی هستند که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر دو از فناوری‌های شبکه مش، سیگنال‌های رادیویی با برد کوتاه و کم مصرف برای اتصال سیستم‌های خانه هوشمند استفاده می‌کنند. اگرچه هر دو برنامه‌های خانه هوشمند یکسانی را هدف قرار می‌دهند، Z-Wave دارای برد 30 متری در مقایسه با 10 متر برد Zigbee است. و Zigbee اغلب پیچیده‌تر از این دو تلقی می‌شود. تراشه‌های Zigbee از چندین شرکت در دسترس هستند، در حالی که تراشه‌های Z-Wave فقط از Sigma Designs در دسترس هستند.

خانه هوشمند مجموعه‌ای از دستگاه‌ها و لوازم هوشمند متفاوت نیست، بلکه وسایلی است که با هم کار می‌کنند تا یک شبکه قابل کنترل از راه دور ایجاد کنند. همه دستگاه‌ها توسط یک کنترل کننده اصلی اتوماسیون خانگی کنترل می‌شوند که اغلب به آن هاب خانه هوشمند می‌گویند. هاب خانه هوشمند یک دستگاه سخت افزاری است که به عنوان نقطه مرکزی سیستم خانه هوشمند عمل می‌کند. قادر است داده‌ها را حس کند، پردازش کند و به صورت بی سیم ارتباط برقرار کند. در واقع همه برنامه‌های متفاوت را در یک برنامه خانه هوشمند واحد ترکیب می‌کند که می‌تواند توسط صاحبان خانه از راه دور کنترل شود. نمونه‌هایی از هاب خانه‌های هوشمند عبارتند از Amazon Echo، Google Home، Insteon Hub Pro، Samsung SmartThings و Wink Hub.

ایجاد و شخصی سازی اتوماسیون خانگی

برخی از سیستم‌های خانه هوشمند را می‌توان از ابتدا ایجاد کرد؛ به عنوان مثال، با استفاده از Raspberry Pi یا سایر نمونه‌های اولیه. برخی دیگر را می‌توان به عنوان یک کیت خانه هوشمند همراه – همچنین به عنوان پلتفرم خانه هوشمند – که شامل قطعات مورد نیاز برای شروع یک پروژه اتوماسیون خانگی است، خریداری کرد.

در سناریوهای ساده خانه هوشمند، رویدادها می‌توانند زمان‌بندی یا فعال شوند. رویدادهای زمان‌بندی‌شده مبتنی بر ساعت هستند؛ به‌عنوان مثال، کنار زدن پرده‌ها در ساعت 6:00 بعد از ظهر. در حالی که رویدادهای راه‌اندازی شده به اقدامات در سیستم خودکار بستگی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که گوشی هوشمند مالک به در نزدیک می‌شود، قفل هوشمند باز می‌شود و چراغ‌های هوشمند روشن می‌شوند.

یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (AI) به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های خانه هوشمند محبوب هستند. اینها به برنامه‌های اتوماسیون خانگی اجازه می‌دهند تا با محیط خود سازگار شوند. به عنوان مثال، سیستم‌های فعال‌شده با صدا، مانند Amazon Echo یا Google Home، حاوی دستیارهای مجازی هستند که خانه هوشمند را بر اساس ترجیحات و الگوهای ساکنان یاد می‌گیرند و شخصی می‌کنند.

ساختمان‌های هوشمند

در حالی که هر خانه هوشمند یک ساختمان هوشمند است، هر ساختمان هوشمند یک خانه هوشمند نیست! ساختمان‌های تجاری، تجاری، صنعتی و مسکونی در هر شکل و اندازه – از جمله دفاتر، آسمان‌خراش‌ها، ساختمان‌های آپارتمانی، و دفاتر و اقامتگاه‌های شلوغ- در حال استفاده از فناوری‌های اینترنت اشیا برای بهبود کارایی ساختمان، کاهش هزینه‌های انرژی و اثرات زیست‌محیطی و تضمین امنیت، و همچنین بهبود رضایت ساکنان هستند.

بسیاری از فناوری‌های هوشمند مورد استفاده در خانه‌های هوشمند، در ساختمان‌های هوشمند نیز استفاده می‌شوند. مانند سیستم‌های روشنایی، انرژی، گرمایش و تهویه مطبوع، و سیستم‌های امنیتی و دسترسی به ساختمان.

به عنوان مثال، یک ساختمان هوشمند می‌تواند هزینه‌های انرژی را با استفاده از حسگرهایی که تعداد افراد حاضر در یک اتاق را تشخیص می‌دهند، کاهش دهد. دما می‌تواند به طور خودکار تنظیم شود. اگر حسگرها کامل بودن اتاق کنفرانس را تشخیص دهند، سیستم هوای خنک را روشن می‌کند. یا اگر همه افراد در دفتر برای یک روز به خانه رفته باشند، دما را به طور متناسب تنظیم می‌کند.

اتصال به شبکه هوشمند

ساختمان‌های هوشمند همچنین می‌توانند به شبکه هوشمند متصل شوند. در اینجا، اجزای ساختمان هوشمند و شبکه برق می‌توانند با یکدیگر «صحبت کنند» و «گوش دهند»! و با توجه به فعالیت دیگری نوع فعالیت خود را تنظیم کنند. با استفاده از این فناوری، توزیع انرژی را می‌توان به طور موثر مدیریت کرد، تعمیر و نگهداری را می‌توان فعالانه انجام داد و قطعی نیرو را می توان سریعتر پاسخ داد.

فراتر از این مزایا، ساختمان‌های هوشمند می‌توانند مزیت پیش‌بینی تعمیر و نگهداری را برای مالکان و مدیران ساختمان‌ها فراهم کنند. به عنوان مثال، سرایداران می‌توانند لوازم توالت را دوباره پر کنند، زمانی که حسگرهای نظارت بر استفاده صابون یا دستمال کاغذی تشخیص دهند که این لوازم رو به اتمام هستند. یا تعمیر و نگهداری و خرابی‌ها را می توان در سیستم‌های خنک کننده ساختمان، آسانسورها و سیستم‌های روشنایی پیش‌بینی کرد.

خواستگاه خانه هوشمند

با عرضه X10 در سال 1975، یک پروتکل ارتباطی برای اتوماسیون خانگی، و خانه هوشمند، که زمانی رویای جتسون‌ها بود، جان گرفت. X10 اطلاعات دیجیتالی با فرکانس رادیویی 120 کیلوهرتز (RF) را روی سیم‌کشی برق موجود خانه، به پریزها یا سوئیچ‌های قابل برنامه ریزی ارسال می‎کند. این سیگنال‌ها دستورات را به دستگاه‌های مربوطه منتقل می‌کنند و نحوه کار و زمان عملکرد دستگاه‌ها را کنترل می‌کنند. به عنوان مثال، یک فرستنده می‌تواند سیگنالی را در امتداد سیم‌کشی برق خانه ارسال کند و به دستگاه بگوید در یک زمان خاص روشن شود.

با این حال، از آنجایی که سیم‌کشی الکتریکی به گونه‌ای طراحی نشده است که از “نویز” باند رادیویی آزاد باشد، X10 برای تمام مواقع کاملاً قابل اعتماد نبود. سیگنال‌ها از بین می‌رفتند و در برخی موارد، سیگنال‌ها از مدارهایی که در قطب‌های مختلف سیم‌کشی شده بودند، عبور نمی‌کردند. این زمانی اتفاق می‌افتاد که همانطور که در ایالات متحده رایج است، سرویس 220 ولت به یک جفت تغذیه 100 ولت تقسیم شود. علاوه بر این، X10 در ابتدا یک فناوری یک طرفه بود، بنابراین در حالی که دستگاه‌های هوشمند می‌توانستند دستورات را دریافت کنند، قادر نبودند داده‌ها را به یک شبکه مرکزی ارسال کنند. با این حال، بعداها دستگاه‌های X10 دو طرفه در دسترس قرار گرفتند، البته با هزینه بالاتر.

ورود سایر شرکت‌ها به عرصه اتوماسیون خانگی

هنگامی که شرکت اتوماسیون خانگی Insteon در سال 2005 وارد صحنه شد، یک فناوری را معرفی کرد که سیم‌کشی الکتریکی را با سیگنال‌های بی‌سیم ترکیب می‌کرد. پروتکل‌های دیگر، از جمله Zigbee و Z-Wave، از آن زمان برای مقابله با مشکلات مستعد X10 پدیدار شدند، اگرچه X10 تا به امروز یک پروتکل ارتباطی نصب شده به طور گسترده باقی مانده است.

Nest Labs در سال 2010 تاسیس شد و اولین محصول هوشمند خود را به نام Nest Learning Thermostat در سال 2011 منتشر کرد. این شرکت همچنین ردیاب‌های هوشمند دود/مونوکسید کربن و دوربین‌های امنیتی را ایجاد کرد. این شرکت پس از خریداری شدن توسط گوگل در سال 2015، در همان سال به یکی از زیرمجموعه های شرکت آلفابت تبدیل شد.

در سال 2012، شرکت SmartThings کمپین Kickstarter را راه اندازی کرد و 1.2 میلیون دلار برای تأمین مالی سیستم خانه هوشمند خود جمع آوری کرد. پس از تامین مالی اضافی، این شرکت در آگوست 2013 وارد بازار شد و در سال 2014 توسط سامسونگ خریداری شد.

اخیراً، شرکت‌هایی از جمله آمازون، اپل و گوگل، محصولات خانه هوشمند و پلتفرم‌های domotics خود را منتشر کرده‌اند. از میان این پلتفرم‌ها می‌توان به Amazon Echo، Apple HomeKit و Google Home اشاره کرد.