Công Nghệ Nhà Thông Minh Và Tòa Nhà Thông Minh

Công nghệ nhà thông minh, còn được gọi là nhà tự động hóa, cung cấp cho chủ nhà an ninh, thoải mái, tiện lợi và tiết kiệm năng lượng bằng cách cho phép kiểm soát các thiết bị thông minh, thường là bởi một ứng dụng nhà thông minh trên điện thoại thông minh hoặc các thiết bị nối mạng khác. Một phần của Internet vạn vật (IoT), các hệ thống và thiết bị nhà thông minh thường hoạt động cùng nhau, chia sẻ dữ liệu sử dụng của người tiêu dùng với nhau và tự động hóa các hành động dựa trên sở thích của chủ sở hữu căn nhà.

Nguồn gốc của công nghệ nhà thông minh

Với việc phát hành X10 năm 1975, một giao thức truyền thông cho tự động hóa ngôi nhà, hay còn gọi nhà thông minh, đã trở thành hiện thực. X10 gửi tín hiệu số 120 kHz (RF) của thông tin kỹ thuật số lên hệ thống dây điện hiện tại của nhà đến các đầu ra hoặc công tắc được lập trình. Các tín hiệu này truyền tải các lệnh đến các thiết bị tương ứng, kiểm soát cách thức và thời gian hoạt động của các thiết bị. Một máy phát có thể, ví dụ, gửi một tín hiệu dọc theo dây điện trong nhà, giao tiếp với một thiết bị để bật hoặc tắt vào một thời gian cụ thể.

Tuy nhiên, vì dây điện không được thiết kế đặc biệt để chống nhiễu, X10 không phải lúc nào cũng đáng tin cậy. Các tín hiệu sẽ bị mất và, trong một số trường hợp, các tín hiệu sẽ không vượt qua các mạch được nối với các cực khác nhau, được tạo ra dòng 220 volt được tách ra thành một cặp nguồn cấp dữ liệu 100 volt, như phổ biến ở Hoa Kỳ. X10 là ban đầu là công nghệ một chiều, do đó, mặc dù các thiết bị thông minh có thể thực hiện lệnh, chúng không thể gửi dữ liệu trở lại mạng trung tâm. Tuy nhiên, sau đó, các thiết bị X10 hai chiều trở nên thông dụng, mặc dù với chi phí cao hơn.

Khi Insteon, một công ty nhà tự động xuất hiện vào năm 2005, công ty đã giới thiệu công nghệ kết nối dây điện với tín hiệu không dây. Các giao thức khác, bao gồm cả Zigbee và Z-Wave, đã có thể giải quyết được các khó khăn mà X10 gặp phải, mặc dù X10 vẫn là một giao thức truyền thông được cài đặt rộng rãi cho đến ngày nay.

Nest Labs được thành lập vào năm 2010 và công bố sản phẩm thông minh đầu tiên, Nest Learning Thermostat vào năm 2011. Công ty cũng đã tạo ra máy dò khói / cacbon monoxide thông minh và camera an ninh. Sau khi Google mua lại vào năm 2015, nó đã trở thành công ty con của Alphabet Inc. trong cùng năm đó.

Vào năm 2012, SmartThings Inc. đã phát động chiến dịch Kickstarter, huy động 1,2 triệu đô la để hỗ trợ hệ thống nhà thông minh. Sau khi tài trợ bổ sung, công ty đã ra thị trường vào tháng 8 năm 2013 và đã được Samsung mua lại vào năm 2014.

Gần đây, các công ty bao gồm Amazon, Apple và Google đã phát hành các sản phẩm gia đình thông minh và nền tảng gia đình thông minh, bao gồm Amazon Echo, HomeKit của Apple và Trang chủ Google.

 

Những ví dụ về công nghệ nhà thông minh

Gần như mọi khía cạnh của cuộc sống, những nơi mà công nghệ đã xâm nhập vào không gian trong nhà (bóng đèn, máy rửa bát, ...), đã thấy sự ra đời của một giải pháp thay thế thông minh:

- TV thông minh kết nối Internet để truy cập nội dung thông qua các ứng dụng, chẳng hạn như video theo yêu cầu và âm nhạc. Một số TV thông minh cũng bao gồm nhận diện giọng nói hoặc cử chỉ.

- Ngoài khả năng điều khiển từ xa và tùy biến, các hệ thống chiếu sáng thông minh như Hue của Philips Lighting Holding B.V. có thể phát hiện khi nào người ở trong phòng và điều chỉnh ánh sáng nếu cần. Bóng đèn thông minh cũng có thể tự điều chỉnh dựa trên sự sẵn có của ánh sáng ban ngày.

- Bộ điều nhiệt thông minh, chẳng hạn như Nest từ Nest Labs Inc., đi kèm với Wi-Fi tích hợp, cho phép người dùng lên lịch, theo dõi và điều khiển từ xa nhiệt độ trong nhà. Các thiết bị này cũng học các hành vi của chủ nhà và tự động thay đổi các thiết lập để cung cấp cho người dùng sự thoải mái và hiệu quả tối đa. Bộ điều nhiệt thông minh cũng có thể báo cáo sử dụng năng lượng và nhắc nhở người dùng thay đổi bộ lọc, trong số những thứ khác.

- Sử dụng khóa thông minh và hệ thống cửa ga ra, người dùng có thể cấp hoặc từ chối truy cập vào của khách viếng thăm. Khóa thông minh cũng có thể phát hiện khi người dùng ở gần và mở khóa cửa cho họ.

- Với camera an ninh thông minh, người dùng có thể theo dõi nhà của họ khi họ đang đi hoặc đi nghỉ mát. Các cảm biến chuyển động thông minh cũng có thể xác định được sự khác biệt giữa cư dân, du khách, thú cưng và kẻ trộm, và có thể thông báo cho chính quyền nếu phát hiện hành vi đáng ngờ.

- Việc chăm sóc cho vật nuôi có thể được tự động hóa với các máy nạp. Cây cảnh và bãi cỏ có thể được tưới bằng cách kết nối  với thiết bị hẹn giờ.

- Tất cả các thiết bị nhà bếp thông minh đều đã có ngoài thị trường để sử dụng, bao gồm các máy pha cà phê thông minh có thể pha bạn một cốc ca phê tươi ngay khi báo thức của bạn tắt; tủ lạnh thông minh theo dõi ngày hết hạn, làm danh sách mua sắm hoặc thậm chí tạo ra các công thức nấu ăn dựa trên các thành phần sẵn có; slower cookers và lò nướng bánh mỳ; và, trong phòng giặt, máy giặt và máy sấy.

- Các hệ thống màn hình giám sát có thể cảm thấy một sự đột biến điện và tắt thiết bị hoặc cảm giác nước bị hỏng hoặc đóng băng đường ống và tắt nguồn nước do đó không có ngập lụt trong tầng hầm của bạn.

 

Các ưu và khuyết điểm của nhà thông minh

Một trong những lợi ích được chào hàng nhất của tự động hóa nhà là cung cấp sự an tâm cho chủ nhà, cho phép họ giám sát nhà của họ từ xa, chống lại những nguy hiểm như một máy pha cà phê bị bỏ quên hoặc một cánh cửa phía trước để mở khóa.

Nhà thông minh cũng có lợi cho người cao tuổi, cung cấp giám sát có thể giúp người cao niên được ở nhà thoải mái và an toàn hơn là chuyển đến nhà dưỡng lão hoặc yêu cầu chăm sóc tại nhà 24/7.

Không có gì đáng ngạc nhiên, ngôi nhà thông minh có thể thích ứng với sở thích của người dùng. Ví dụ, ngay khi bạn về đến nhà, cửa nhà để xe của bạn sẽ mở ra, đèn sẽ sáng, lò sưởi sẽ "hét lên" và các giai điệu yêu thích của bạn sẽ bắt đầu phát trên loa thông minh của bạn.

Việc tự động hóa ngôi nhà cũng giúp người tiêu dùng nâng cao hiệu quả. Thay vì để máy điều hoà không khí vào ban ngày, một hệ thống nhà thông minh có thể học các hành vi của bạn và đảm bảo rằng ngôi nhà được làm mát trong thời gian bạn về nhà. Cũng vậy với các thiết bị gia dụng. Và với hệ thống tưới nước thông minh, bãi cỏ của bạn chỉ được tưới khi cần thiết và với lượng nước chính xác cần thiết. Với ngôi nhà được tự động hóa, năng lượng, nước và các nguồn lực khác được sử dụng hiệu quả hơn, giúp tiết kiệm cả tài nguyên thiên nhiên và tiền bạc cho người dùng.

Tuy nhiên, các hệ thống tự động hóa này cũng có những vấn đề tương đối nghiêm trọng, một phần là do tính chất kỹ thuật của chúng. Một hạn chế của ngôi nhà thông minh là sự phức tạp; một số người gặp khó khăn với công nghệ hoặc sẽ từ bỏ nó với sự khó chịu đầu tiên. Các nhà sản xuất và hiệp hội liên minh nhà thông minh đang làm việc để giảm tính phức tạp và cải thiện trải nghiệm người dùng để làm cho nó trở nên thú vị và có lợi cho người sử dụng ở tất cả các nhóm và trình độ kỹ thuật.

Đối với các hệ thống nhà tự động thực sự có hiệu quả, các thiết bị phải tương tác được với nhau bất kể là do ai sản xuất chúng, sử dụng cùng một giao thức hoặc, ít nhất, các thiết bị bổ sung. Vì nó là một thị trường mới mẻ, chưa có tiêu chuẩn vàng cho nhà thông minh. Tuy nhiên, các liên minh tiêu chuẩn đang hợp tác với các nhà sản xuất và các giao thức để đảm bảo khả năng tương tác và trải nghiệm người dùng liền mạch.

Một vấn đề chính khác là an ninh gia đình thông minh. Báo cáo năm 2016 của NTT Data Corp. cho thấy 80% người tiêu dùng Mỹ quan tâm đến tính bảo mật của dữ liệu thông minh của họ. Nếu tin tặc có thể xâm nhập vào một thiết bị thông minh, chúng có thể tắt đèn và báo thức và mở khóa cửa ra vào, để lại một ngôi nhà mở toang. Hơn nữa, tin tặc có thể truy cập mạng của chủ nhà, dẫn đến các cuộc tấn công tồi tệ hơn hoặc lọc lấy dữ liệu. Vào tháng 10 năm 2016, botnet Mirai IoT đã có thể đưa các phần của Internet vào một loạt các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) được phân tán bằng cách sử dụng các máy ảnh, máy quay DVR và bộ định tuyến có bảo mật tồi làm điểm truy nhập.

Ngoài việc bảo mật, nhiều người phản đối công nghệ nhà thông minh lo lắng về sự riêng tư của dữ liệu. Báo cáo Dữ liệu NTT cho thấy 73% người tiêu dùng quan tâm đến sự riêng tư của dữ liệu được chia sẻ bởi các thiết bị nhà thông minh của họ. Mặc dù các nhà sản xuất thiết bị dân dụng và nhà sản xuất thông minh có thể thu thập dữ liệu người tiêu dùng để điều chỉnh sản phẩm của họ tốt hơn hoặc cung cấp các dịch vụ mới và cải tiến cho khách hàng, sự tin tưởng và minh bạch là điều quan trọng cho các nhà sản xuất xây dựng lòng tin với người sử dụng các sản phẩm thông minh của họ.

 

Nguyên lý hoạt động của nhà thông minh thế nào?

Những căn nhà mới muốn ứng dụng nhà thông minh thường được xây dựng với cơ sở hạ tầng thông minh tại chỗ. Mặt khác, ngôi nhà cũ hơn cũng có thể được trang bị công nghệ thông minh. Mặc dù nhiều hệ thống nhà thông minh vẫn chạy trên X10 hoặc Insteon, Bluetooth và Wi-Fi đã trở nên phổ biến.

Zigbee và Z-Wave là hai trong số các giao thức truyền thông nhà tự động phổ biến nhất được sử dụng ngày nay. Cả hai là công nghệ mạng lưới, chúng sử dụng tín hiệu radio tầm ngắn, công suất thấp để kết nối các hệ thống thiết bị nhà thông minh. Mặc dù cả hai đều nhắm mục tiêu cùng một ứng dụng nhà thông minh, Z-Wave có phạm vi hoạt động là 30 mét, Zigbee là 10 mét, với Zigbee thường được coi là phức tạp hơn cả. Chip Zigbee có sẵn từ nhiều công ty, trong khi các chip Z-Wave chỉ có sẵn từ các Thiết kế Sigma.

Một ngôi nhà thông minh không phải là ngôi nhà được gắn các thiết bị và các ứng dụng thông minh khác nhau, những thiết bị này phải tương tác, giao tiếp, và làm việc cùng nhau để tạo ra một mạng lưới điều khiển từ xa. Tất cả các thiết bị được kiểm soát bởi một bộ điều khiển tự động trung tâm, thường được gọi là một bô điều khiển nhà thông minh trung tâm. Trung tâm nhà thông minh là một thiết bị phần cứng hoạt động như là điểm trung tâm của hệ thống nhà thông minh và có thể cảm nhận, xử lý dữ liệu và giao tiếp không dây. Nó kết hợp tất cả các ứng dụng khác nhau vào một ứng dụng nhà thông minh duy nhất có thể được kiểm soát từ xa bởi chủ nhà. Ví dụ về các trung tâm nhà thông minh bao gồm Amazon Echo, Google Home, Insteon Hub Pro, Samsung SmartThings and Wink Hub, trong số nhiều cái khác.

Một số hệ thống nhà thông minh có thể được tạo ra từ đầu, ví dụ như sử dụng Raspberry Pi hoặc bảng tạo mẫu khác. Những sản phẩm khác có thể được mua như một bộ phụ kiện thông minh trong nhà - còn được gọi là nền tảng nhà thông minh - có chứa các phần cần thiết để bắt đầu dự án tự động hóa ngôi nhà.

Trong các kịch bản nhà thông minh đơn giản, các sự kiện có thể được tính giờ hoặc kích hoạt. Các sự kiện được tính thời gian dựa trên đồng hồ, ví dụ: giảm rèm cửa lúc 6 giờ chiều, trong khi các sự kiện kích hoạt phụ thuộc vào hành động trong hệ thống tự động; ví dụ như khi điện thoại thông minh của chủ sở hữu đến gần cửa, khóa thông minh sẽ mở ra và đèn thông minh sẽ sáng.

Tự học và trí tuệ nhân tạo (AI) ngày càng trở nên phổ biến trong các hệ thống nhà thông minh, cho phép các ứng dụng nhà thông minh thích ứng với môi trường của chúng. Ví dụ: các hệ thống kích hoạt bằng giọng nói, chẳng hạn như Amazon Echo hoặc Google Home, có các trợ lý ảo trợ giúp tìm hiểu và cá nhân hóa ngôi nhà thông minh với sở thích và kiểu mẫu của người dùng.