Технологии 21 века

1.

ТЕХНОЛОГИИ 21 ВЕКА

2.

ТЕХНОЛОГИИ 21 ВЕКА
1
Виртуальная реальность
Дополненная реальность
2
Искусственный интеллект
Машинное обучение
3
Интернет вещей
3D печать
Цифровые двойники
4
Принципы технологий распределенного реестра
(блокчейн) и сферы применения
2

3.

ВИРТУАЛЬНАЯ
РЕАЛЬНОСТЬ
Понятие искусственной реальности
было впервые введено Майроном
Крюгером (Myron Krueger) в конце
1960-х.
В 1989 году Ярон Ланьер ввёл более
популярный
ныне
термин
«виртуальная реальность».
В
фантастической
литературе
поджанра
киберпанк
виртуальная
реальность есть способ общения
человека с «киберпространством» —
некой средой взаимодействия людей и
машин, создаваемой в компьютерных
сетях.

4.

В ИРТ УА ЛЬ НА Я
РЕА ЛЬ НОСТ Ь
П РЕД СТАВЛЯ ЕТ
СОБОЙ
Н ЕКО Е
ПОДОБИЕ
ОКРУЖАЮЩЕГО
НАС
МИРА,
ИСК У С СТВЕН НО
СО ЗД АННО ГО
С
ПОМОЩЬЮ
Т ЕХН ИЧЕС КИ Х
СРЕД СТ В
И
П РЕД СТАВЛ ЕН НО ГО
В
ЦИФ РО ВОЙ
ФОРМ Е .
СОЗ Д АВАЕМ Ы Е
Э ФФЕКТ Ы
ПРО ЕЦИРУ ЮТС Я НА СО ЗН АНИ Е ЧЕЛО ВЕКА И ПОЗ ВОЛ ЯЮТ
ИСПЫ ТЫ ВАТ Ь
ОЩ УЩ ЕН ИЯ,
М АКС ИМ А ЛЬ НО
ПРИБ Л ИЖЕН Н ЫЕ К РЕА Л Ь Н Ы М .

5.

П ЕРВОЙ СИ СТЕМ О Й ВИ РТУАЛ Ь Н ОЙ РЕ АЛ Ь Н О СТИ СТА ЛА « К И НО КАРТА
А СП ЕНА » (A SPEN M OVIE M AP ) , СО З ДАННА Я В М АССАЧУСЕТС КО М
Т ЕХНОЛ ОГИ ЧЕСКОМ И НСТИТ У ТЕ В 1 97 7 ГОД У. Э ТА КОМП ЬЮТЕРН АЯ
П РОГРАМ МА СИ МУЛИ РОВА ЛА П РО ГУЛ К У П О ГОРОД У А СП ЕН , ШТАТ
К ОЛ О РА Д О ,
ДАВАЯ
ВОЗ М ОЖ Н ОСТ Ь
ВЫ БРАТ Ь
МЕ Ж Д У
РАЗН ЫМ И
СП ОСО БА МИ ОТО Б РАЖЕ НИ Я МЕСТН ОСТИ . Л ЕТНИ Й И ЗИ МН И Й ВАРИ АНТЫ
БЫЛИ ОСНОВАНЫ НА РЕА ЛЬНЫХ ФОТОГРАФИЯХ .

6.

СИСТЕМЫ
ВИРТУАЛЬНОЙ
РЕАЛЬНОСТИ
Шлем виртуальной реальности - это носимый перед глазами дисплей в сочетании с
отслеживанием поворотов головы, так что картинка на экране всегда соответствует тому, в
какую сторону человек смотрит. Все это делает шлем пригодным для игр с погружением или
панорамного видео – кино, которое идет вокруг вас, а вы можете оглядываться по сторонам как
в жизни. Лучшие VR- шлемы: Oculus Rift, Project Morpheus, Gear VR, HTC Vive.
MotionParallax3D-дисплеи
отслеживают
координаты
глаз
пользователей
в
пространстве. Для этого используются различные технологии: оптическая (определение
координат глаз пользователя на изображении с камеры, отслеживание активных или пассивных
маркеров), существенно реже – ультразвуковая. Для данной системы важна точность
отслеживания положения пользователя в пространстве, а также минимальная задержка между
детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи
соответствующего изображения. Имеют различные формы: от виртуальных комнат с полным
погружением до экранов виртуальной реальности размером от трёх дюймов.

7.

НА ДЕВАЯ VR-ШЛЕМ, ВЫ ПОЛНОСТЬЮ
ОКАЗЫВАЕТЕСЬ В ИСКУССТВЕННО
СОЗДАННОМ МИРЕ (ВИДЕОРОЛИК)

8.

СИСТЕМЫ
ВИРТУАЛЬНОЙ
РЕАЛЬНОСТИ
Виртуальный
ретинальный
монитор
(Virtual retinal display, VRD; retinal scan display, RSD) — технология устройств
вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате по
льзователь
видит
изображение,
«висящее»
в
воздухе
перед
ним.
VRD, проецирующая изображение на один глаз, позволяет видеть одновременно компьют
ерное изображение и реальный объект, что может применяться для создания иллюзии «р
ентгеновского зрения» - отображения внутренних частей устройств и органов (ремонт
автомобиля, хирургия).
Звук - Многоканальная акустическая система позволяет производить локализацию
звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с
помощью слуха.
Перчатки виртуальной реальности позволяют ощутить тактильный отклик при
взаимодействии с объектами виртуальной реальности; прошли успешные испытания на
виртуальном имитаторе игры на пианино с виртуальной клавиатурой

9.

Основные сферы применения
систем виртуальной реальности
Медицина
Строительство
Военная промышленность
Компьютерные игры
Обучение
Производство

10.

Дополненная
реальность
Термин Augmented Reality (AR)
переводится
как
«дополненная
реальность»,
был
впервые
предложен в 1990 г. исследователем
Томом Коделом, который работал на
корпорацию Boeing.
О сути понятия «дополненная
реальность» говорит само название
— это технологии, дополняющие
реальность
виртуальными
элементами

11.

Дополненная реальность. Как это работает?
отображение виртуальных объектов на экране устройств
— компьютеров, планшетов, телефонов, экранов
просмотр виртуальных объектов посредством
специальных очков и шлемов
визуализация объектов в реальности

12.

Дополненная реальность.
Интерактивная составляющая
Воздействие на виртуальные объекты (прикоснуться
на экране планшета к изображению щенка и увидеть,
как он завиляет хвостом в ответ)
Фотографирование (например, в комичной маске)
С помощью виртуальных объектов можно переходить
на сайты

13.

Дополненная реальность.
Сферы применения
Образование:
• использование для воссоздания исторических событий или чтения обычных
книг в 3D-проекциях
• во время презентаций и позволяет учащимся глубже понять тему
• пример уже внедренных технологий - японское приложение New Horizon,
которое с помощью встроенных камер смартфона показывает прямо в
учебных книгах анимированных персонажей на нужных страницах.
Здравоохранение:
• приложение ARanatomy уже помогает будущим врачам изучить реальную
модель скелета, а зрительное приспособление VA-ST используется людьми
со значительной потерей зрения. Оно создает наброски контуров лица
собеседника.

14.

Дополненная реальность.
Сферы применения
Военная промышленность
• Американская компания BAE Systems разработала шлем под названием
Striker II, в котором вместо очков используется своеобразный козырек с
дисплеем. На него проецируется изображение с камеры ночного
видения, а аппарат способен отслеживать движения головы оператора.
Так данные всегда располагаются в направлении взгляда пользователя.
Электроника
• Но главные драйверы AR, как и многих других технологий, - гиганты
Apple, Google и Microsoft. Они активно инвестируют средства в AR,
чтобы сделать технологию более эффективной и доступной для
миллиардов пользователей смартфонов.

15.

Интернет вещей
Интернет вещей - концепция вычислительной
сети, соединяющей вещи (физические предметы),
оснащенные встроенными информационными
технологиями для взаимодействия друг с другом
или с внешней средой без участия человека.

16.

ФАКТЫ ИЗ ИСТОРИИ «ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ»
В 1926 Никола Тесла в интервью для журнала «Collier’s» сказал, что в будущем радио будет
преобразовано в «большой мозг», все вещи станут частью единого целого, а инструменты,
благодаря которым это станет возможным, будут легко помещаться в кармане
В 1990 выпускник MIT, один из создателей протокола TCP/IP, Джон Ромки создал первую в Мире
интернет-вещь. Он подключил к сети свой тостер
Сам термин «Интернет вещей» (Internet of Things) был предложен Кевином Эштоном в 1999 году. В
этом же году был создан Центр автоматической идентификации (Auto-ID Center), занимающийся
радиочастотной идентификацией (RFID) и сенсорными технологиями, благодаря которому эта
концепция и получила широкое распространение
В 2008-2009 произошел переход от «Интернета людей» к «Интернету вещей», т.е. количество
подключенных к сети предметов превысило количество людей.
16

17.

ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ. 4 ОСНОВНЫЕ КАТЕГОРИИ
1.Средства
идентификации
оптически распознаваемые
идентификаторы
(штрихкоды, Data Matrix, QRкоды), средства определения
местонахождения в режиме
реального времени для
объектов, подключённых к
интернет-сетям,
традиционный
идентификатор —MAC-адрес
сетевого адаптера, а также
протокол Ipv6, более удобный
для приложений
2. Средства измерения
3. Средства передачи
данных
от
элементарных датчиков,
приборов учёта
потребления
(интеллектуальные
счетчики) до сложных
интегрированных
измерительных систем
все существующие
проводные и
беспроводные сети
4. Средства обработки
информации
основные - средства
регистрации и сбора
информации, приема и
передачи данных,
подготовки данных,
средства ввода, обработки
информации и
отображения информации
вспомогательные оргтехника и ремонтнопрофилактические средства
17

18.

Искусственный интеллект
«Искусственный
интеллект
способен
учесть
функциональные
требования,
затраты,
требования
регулирующих
органов
и
производственные ограничения и предложить решения, которые человеку
даже не придут в голову».
вице-президент Xerox по научно-исследовательской работе Эрсин Узин

19.

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА
1. Машинное мышление (machine reasoning,
охватывает процессы планирования,
представление знаний и рассуждения, поиск и
оптимизацию)
2. Машинное обучение (условно делится на
глубокое обучение (англ. deep learning) и обучение
с подкреплением (англ. reinforcement learning))
3. Робототехника (включает в себя управление,
восприятия, датчики и приводы, а также
интеграцию всех методов в кибер-физические
системы)

20.

ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА
Deep Blue — шахматный суперкомпьютер, который в мае 1997 года
победил чемпиона мира по шахматам. Матч « Каспаров против супер
ЭВМ» не принёс удовлетворения ни компьютерщикам, ни
шахматистам, и система не была признана Каспаровым
IBM Watson — суперкомпьютер фирмы IBM, созданный группой
исследователей под руководством Дэвида Феруччи. Его создание —
часть проекта DeepQA. Основная задача Уотсона — понимать вопросы,
сформулированные на естественном языке и находить на них ответы с
помощью ИИ. Назван в честь первого президента IBM Томаса Уотсона
Siri – это активируемая и управляемая голосом программа, которая
всегда готова прийти на помощь свои пользователям. Она помогает
нам находить информацию, направляет в незнакомой местности, по
нашей просьбе отправляет сообщения и добавляет события в
календарь, а также делает многое другое.

21.

ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА
Alexa - с ее помощью люди ищут в интернете информацию,
заказывают продукты и делают покупки онлайн, договариваются о
встрече со своими друзьями, следят за безопасностью своих домов, а
также делают многое другое. Также стоит учесть, что Alexa активно
используется людьми с ограниченными возможностями, тем самым
оказывая им неоценимую помощь в организации их жизни.
Netflix использует технологию, которая на основе поведенческого
опыта потребителя может предложить интересный ему фильм. Данная
технология анализирует предыдущие запросы пользователя, оценки,
которые он поставил тому или иному фильму, после чего сравнивает
их с реакцией других пользователей
Cogito - программа с помощью исследований поведенческой науки и
технологий машинного обучения анализирует записи телефонных
разговоров, стремясь выявить людей, которые страдают от депрессий
и иных психологических и эмоциональных расстройств

22.

Машинное обучение - обширный
подраздел искусственного интеллекта,
изучающий методы, используемые для
обучения машин решению
определенных задач.

23.

ТИПЫ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ
Индуктивное обучение
• обучение по прецедентам основано на выявлении общих
закономерностей по
частным эмпирическим данным.
Дедуктивное
• обучение предполагает
формализацию знаний экспертов
и их перенос в компьютер
в виде базы знаний.
23

24.

ЦЕЛЬЮ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ЧАСТИЧНАЯ
ИЛИ ПОЛНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ СЛОЖНЫХ
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ В САМЫХ РАЗНЫХ
ОБЛАСТЯХ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

25.

Машинное обучение. Классические примеры.
Распознавание образов
• Покажите системе машинного обучения достаточное
количество снимков собак с пометкой «собака», а
также кошек, деревьев и других объектов,
помеченных «не собака», и она со временем начнет
хорошо отличать собак. И для этого ей не нужно
будет объяснять, как именно те выглядят.
Спам-фильтр в почтовой программе
• Хороший пример машинного обучения в действии.
После обработки сотен миллионов образцов
нежелательных и нужных сообщений система
обучается выделять типичные признаки спам-писем.
Она справляется с этим не идеально, но довольно
эффективно.

26.

РОЛИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА И
МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ В РАЗВИТИИ
ПРОИЗВОДСТВА
Искусственный интеллект и машинное обучение меняют
производственную отрасль. Согласно отчету, опубликованному
Всемирным экономическим форумом, сочетание искусственного
интеллекта, передовых роботов, аддитивного производства и
Интернета вещей приведет нас к Индустрии 4.0.
Большинство производственных компаний (80%) ожидают
от достижений в области искусственного интеллекта
позитивного эффекта. Прогнозируется рост оборота на
22,6% и снижение затрат на 17,6%.
Технологии искусственного интеллекта и машинного
обучения уже сейчас используются на производстве для
уменьшения
простоев
оборудования,
выявления
производственных дефектов, совершенствования цепочек
поставок и сокращения сроков проектирования. Однако
нехватка квалифицированного персонала, необходимых
данных и стандартов мешает многим компаниям
продвигаться в этом направлении.
26

27.

3D-ПЕЧАТЬ
- это процесс воссоздания реального объекта по образцу
3D модели.

28.

ЭТАПЫ ПРОЦЕССА 3D-ПЕЧАТИ
1. Подготовить 3D-модель объекта, который
можно
создать
в
программе
3Dмоделирования (CAD — Computer Aided
Design), или использовать 3D-сканер для
сканирования объекта, который необходимо
печатать.
Можно
также
воспользоваться
поиском
моделей
в
Интернете.
2. После того, как проект готов, все, что
нужно сделать, это импортировать его
в Слайсер (программа, которая адаптирует
модель в коды и инструкции для 3D–
принтера).
Большинство
программ
с
открытым
исходным
кодом
и
распространяются
бесплатно.
Слайсер
преобразует проект в файл gcode, готовый к
печати как физический объект. Нужно
сохранить файл на прилагаемой SD-карте,
вставить его в 3D–принтер и нажать «печать».
3. На весь процесс может уйти
нескольких часов, а иногда и несколько
дней. Все зависит от размера,
материала и сложности модели.
Некоторые 3D-принтеры используют
два различных материала. Один из них
является частью самой модели, другой
выступает в роли подпорки, которая
поддерживает
части
модели,
нависающие
в
воздухе.
Второй
материал в дальнейшем удаляется.

29.

СФЕРЫ
ПРИМЕНЕНИ
Я 3DПЕЧАТИ
• Одной из важных сфер для применения 3D печати является медицина. Используя 3Dпечать, хирурги могут конструировать макеты частей тела пациента, которые нужно
прооперировать.
• 3D-печать позволяет всего в течение нескольких часов изготовить запчасти практически с
нуля. Она позволяет дизайнерам и разработчикам придать нужную форму плоской
поверхности.
• На сегодняшний день практически всё, как запчасти для авиакосмической
промышленности, так и детские игрушки, начинают производить при помощи 3Dпринтеров.
• 3D-печать применяется для создания украшений и произведений искусства,
архитектуры, в индустрии моды, архитектуре и дизайне интерьера.
29

30.

ЦИФРОВЫЕ
ДВОЙНИКИ
• Появление цифровых двойников (Digital Twin) стало логичным
результатом развития Промышленного Интернета Вещей.
• Цифровым двойником называют виртуальный прототип
реального физического изделия, группы изделий или процесса,
суть которого заключается в сборе и повторном использовании
цифровой информации. При этом, цифровой двойник не
ограничивается сбором данных, полученных на стадии
разработки и изготовления продукта. Он продолжает
агрегировать данные в течение всего жизненного цикла объекта.
Это могут быть данные о состоянии изделия, показатели
датчиков, история операций, заводская и сервисная
конфигурация, версия программного обеспечения и многое
другое. Цифровой двойник хранит всю историю рабочих данных.
Это даёт дополнительные возможности для технического
обслуживания и позволяет увидеть всю картину целиком.

31.

Типы цифровых двойников
DTP (прототип)
• виртуальный аналог имеющегося в реальности физического объекта. Он включает в
себя данные для всесторонней характеристики модели, в том числе информацию по
его созданию в реальных условиях. Это требования к производству, трехмерная
модель объекта, описание технологических процессов и услуг, требования к
утилизации
DTI (экземпляры)
• данные по описанию физического объекта. Чаще всего содержат аннотированную
трехмерную модель, данные о материалах, используемых в прошлом и настоящем
времени, и компонентах, информацию о выполняемых процессах во всех временных
отрезках, итоги тестов, записи о проведенных ремонтах, операционные данные,
полученные от датчиков, параметры мониторинга
DTA (агрегированный двойник)
• вычислительная система, которая объединяет все цифровые двойники и их реальные
• прототипы и позволяет собирать данные и обмениваться ими

32.

РЫНОК ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ
Опросы,
проводимые
аналитиками
Gartner,
показывают, что в 13% организаций, реализующих
проекты Интернета вещей, уже применяются
цифровые двойники, а в 62% либо начинают их
создание, либо планируют сделать это. Gartner
прогнозирует, что уже к 2021 году половина крупных
промышленных
компаний
будет
использовать
цифровых двойников, что приведет к повышению
эффективности
этих
организаций
на
10%.
По прогнозам экспертов, через пять лет рынок таких
продуктов, как цифровые двойники, достигнет $16
млрд.
Драйвером развития рынка в России является
нефтегазовая и нефтехимическая промышленность.
Использование
цифровых
двойников
скважин
помогает экономить компаниям от 5 до 20%
капитальных затрат. Не менее востребована
технология в самолето- и двигателестроении, а
также в транспортной отрасли.

33.

ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЙ РАСПРЕДЕЛЕННОГО
РЕЕСТРА (БЛОКЧЕЙН).
Блокчейн часто ассоциируется с биткоином, но технология может применяться в
большом количестве направлений. Перспективы развития блокчейн-технологий связаны
с активным развитием облачных сервисов, включая онлайн-банкинг, интернет-каталоги,
системы идентификации входа на корпоративные сайты. Концепция технологии
блокчейн предложена Satoshi Nakamoto в 2008 году, а впервые применена на практике
при появлении биткоина в 2009-м.
33

34.

КАК РАБОТАЕТ БЛОКЧЕЙН?
1. Создается первичный блок, в нем
отсутствует запись о предыдущем
блоке
2. Каждый последующий блок
содержит информацию о «родителе»,
виде транзакции, собственном
заголовке, используемом при
генерации очередного блока
3. Пользователи системы видят все
количество блоков, но обладают
доступом лишь к своим
В широком смысле, ключевой особенностью блокчейна является устранение
человеческого фактора — ответственность за достоверность операций ложится
на плечи математики и ЭВМ, которые гораздо более надежны.
34

35.

СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ BLOCKCHAIN
Платежи
• Цель создателей первых цифровых валют была достигнута, однако для обычного потребителя это не является
предпочтительным способом. Блокчейн по своей природе гораздо более удобен для продавцов, чем для
покупателей:
• невозможность отменить транзакцию и получить обратно деньги за некачественный товар или услугу;
• единственное, что обеспечивает безопасность и доступ к электронному кошельку — приватный ключ, в случае
потери которого средства теряются навсегда.
Умные контракты
• Технология блокчейн позволяет создавать на своей основе распределенные приложения, код которых выполняется
на машинах участников сети.
Хранение данных
• Блокчейн - это распределенная база данных, и в ней можно хранить любую информацию, не только записи о
транзакциях. Это обеспечит надежность и доступность информации для всех участников сети в любое время.
Однако, в системах распределенного хранения данных на блокчейне данные шифруются и распределяются между
узлами сети, что делает процесс изменения данных очень медленным и ненадежным.
Голосование
• Принцип устранения управляющего устройства между удаленными абонентами позволяет реализовать на основе
блокчейна справедливую модель голосования, где невозможна подтасовка результатов.
35