Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega

Nõustun

Asjade internet

Asjade internetiks (Internet of Things, lühend IoT) nimetatakse seda osa internetist, kuhu kuuluvad omavahel andmesidevõrgu kaudu ühendatud füüsilised esemed, sõidukid, kodutehnika ja muud seadmed, millesse on sisse ehitatud elektroonika riistvara, tarkvara, sensorid ja mõnel juhul ka ajamid. Need võimaldavad kasutajatel ja teistel seadmetel omavahel suhelda ning seadmete käitumist (nt käivitamist, seiskamist) juhtida ja automatiseerida.

Kui interneti algusaastatel moodustasid selle “võrkude võrgu” üksnes omavahel ühendatud serverid ja nendega võrgukaabli kaudu ühendatud lauaarvutid, siis viimastel aastatel on kiiresti kasvanud internetiga kaablivabalt ühendatud nutitelefonide ja robotite, turva- ja kliimaseadmete, muusika- ja videomängijate, autode ja külmkappide hulk.

Kuna otse inglise keelest laenatud “asjade internet” kõlab eesti keeles pisut kohmakalt, siis on 2015. aastal korraldatud sõnavõistlusel pakutud selle asemele uudissõnu “nutistu” ja “värkvõrk”, millest keeleinimesed soovitavad pigem siiski esimest kasutada. Raportis kasutame kõiki kolme vastet sünonüümidena. Mõiste leidis kasutust juba 1980.–1990. aastatel, kuid tehnoloogia aeglase arengu tõttu on progress trendi kasutuselevõtmisel olnud pigem aeglane. Asjade interneti üheks igapäevasemaks rakenduseks on nutikodu, mida kirjeldab täpsemalt allolev näide.

Vello tööpäev lõpeb ja ta istub kojusõiduks oma autosse, mille vabakäesüsteem talle kohe kõlarite kaudu meelde tuletab, et ta koduteel poest läbi käiks ja piima ostaks. Selle teate saatis Vello nutitelefonile ta nutikas külmkapp, mis ajastas teate saatmise Vello autosse sisenemise hetkeks ja saadab hiljem ka kordusteate, kui auto poele läheneb.

Kui Vello koju jõuab ja koodlukuga ukse avab, võtab nutikodu turvasüsteem maja valve alt maha ning lülitab sisse valgustuse neis ruumides, kuhu Vello siseneb. Õhtusöök ootab, sest kohvimasin ja multikeetja on juba aegsasti käivitunud. Vello häälkäskluste peale maheneb elutoa valgustus, aknakardinad sulguvad, hakkab mängima ta lemmikmuusika ja tummaks kamandatud TV näitab taustal uudistekanalit.

Vello vaatab nutika kliimasüsteemi tablood – energiasääst on pärast uue nutikodu lahenduse paigaldamist ligi 8%. Sellise nutikodu toimimise tagavad kümned andurid (temperatuur, valgus, heli, liikumine, kaal, näo- ja häältuvastus), nendelt anduritelt kogutud andmeid töötlevad tarkvararakendused, võrguühendusega lülitid, kraanid ja muud mehaanilised seadmed (nt kardinamootor ja köögitehnika), samuti vahetavad need omavahel infot.

Tavaliselt on igal värkvõrku liidetud esemel oma internetiaadress, mille kaudu saab sealt wifi vahendusel andmeid pärida või käsklusi saata. Sellise andmevahetuse juures on praegu veel kohati takistuseks side usaldusväärsus ja aeglus, aga ka traadita seadmete suur energiatarve. Uue hingamise tõotab asjade internetile anda uute sidestandardite BLE (Bluetooth Low Energy) ja NFC (Near-Field Communication) massiline levik ning peatselt juurutamise järku jõudev viienda põlvkonna mobiilside (5G), kus on piisavalt nii aadressiruumi kui ka jõudlust, tagamaks miljardite nutiseadmete omavahelist tõrgeteta suhtlemist. Tänu nendele uutele sidetehnoloogiatele ennustatakse värkvõrgu massilist kasutuselevõttu autodes.

Vello uus elektriajamiga nutiauto ei ole küll veel suuteline täiesti ilma juhita liikluses hakkama saama, aga parkimisega tuleb auto iseseisvalt ka kitsamates oludes Vellost paremini toime. Maanteel jälgib auto teisi liiklejaid, liiklusmärke ja teekattemärgiseid, hoiatades juhti liiga napi pikivahe või kiiruspiirangu eest, samuti siis, kui teeserv ohtlikult läheneb. Samuti jälgib auto reaalajas ilmaolusid (sh teekattesse paigaldatud niiskus-, temperatuuri- ja libedusandurite abil) ning ummikuid, soovitades juhil valida sobiv sõidustiil ja marsruut.

Nutiauto suudab suhelda ka teiste autodega, sh ilma juhita kulgevate iseautodega, olles lisaks hetkeolukorrale teadlik ka üksteise edasistest kavatsustest ja sünkroniseerides vastavalt masinate käitumist. Värkvõrgu tehnoloogia võimaldab paljude andurite ja seadmete koostöö orkestreerimise kaudu parandada liiklusohutust, samas kahandades autode energiakulu ja ummikuid teedel.

Kui 2018. aasta keskel oli nutistusse ühendatud ligi 11 miljardit seadet, siis aastaks 2020 ennustatakse kiiret kasvu kuni 30 miljardi seadmeni ning vastava turu käibe kasvu 3–7 triljoni USA dollarini. Tegemist on kiiresti areneva ja tulutoova majandussektoriga, mille vastu tasuks huvi tunda nii tänastel õppuritel kui ka ettevõtjatel.

Asjade internetti ühendatud seadmete arvu aastane kasv valdkonniti. Infograafiku andmete allikas: Forbes, 2017

Tervishoid/farmaatsia: 11%: 11%
Targad linnad ja kogukonnad: 19%: 19%
Transport ja logistika: 40%: 40%
Energeetika ja kommunaalteenused: 41%: 41%
Tööstus: 84%: 84%

Neljas tööstusrevolutsioon

Asjade internet on üks peamistest tehnoloogiatest, mis tõukab tagant käimasolevat nn neljandat tööstusrevolutsiooni (Industry 4.0) – või teisalt ka vastupidi, tööstusrevolutsioon annab hoogu ja investeeringuid värkvõrgu kiirele arengule. Esimese tööstusrevolutsiooni tuumaks oli tootmise mehhaniseerimine vee ja auru jõul, teise tööstusrevolutsiooni tõi kaasa liinitööl ja elektrienergial põhinev masstootmine, kolmanda märksõnadeks olid tootmise automatiseerimine ja tööstusrobotid. Tööstusrevolutsioon 4.0 on tööstuslikus tootmises toimunud radikaalsete muutuste koondnimetus. Selle keskmes on reaalse maailma virtuaalmudeli ja anduritelt laekuvate andmete põhjal reaalajas detsentraliseeritud juhtimisotsuseid langetavad nutikad süsteemid, mis vähendavad veelgi vajadust töökäte järele ja muudavad inimese rolli tootmisprotsessis.

Värkvõrk muudab lisaks tehastes toimuvale tootmisprotsessile nii toorme kui ka valmiskauba logistikalahendusi (asset tracking), tootmise kaugmonitooringut, tootmisseadmete hooldusdiagnostikat ja palju muud. Värkvõrgulahenduste abil saab tulevikus töötada kohtades ja olukordades, mis on inimesele ohtlikud. Esialgu kasutatakse neid võimalusi küll peamiselt militaar- ja kosmosetehnoloogias.

Asjade internet ja Eesti

Investorite huvi asjade interneti tehnoloogia vastu tekkis juba 2010. aasta paiku, viimastel aastatel on värkvõrgutehnoloogia läbinud nii kiire populaarsuse tõusu kui ka languse. Eestis asjade interneti teenuste loomist alustanud teerajajad on lõpptarbijale suunatud lahenduste asemel keskendunud B2B (business to business) teenustele. Näiteks Levira on loonud Elektrilevile kaugjuhitavaid elektrimõõdikuid, Telia aga arendab Tartu nutika linna projektis värkvõrgu tehnoloogial põhinevat tänavavalgustuse lahendust.

Lõpptarbijale suunatud värkvõrgu lahendused (nt automatiseeritud kliima- ja turvasüsteemid) on liidetud juba ehitus-, ventilatsiooni- ja turvafirmade teenustenimekirja. Eestiski ei ehitata enam kohalikke nutistulahendusi, selle asemel kasutatakse globaalsete turuliidrite pakutavaid platvorme (nt Cumulosity). Samas panustavad lõppkasutaja platvormide arendusse juba ka Eesti ettevõtted, näiteks idufirma Thinnect.

Seotud tehnoloogiad

Mõistagi on värkvõrgu tehnoloogia tihedalt seotud teiste uute tehnoloogiatega.

  • Pilvelahendused: andmevahetus nutistu seadmete vahel, andmete varundamine ja kasutajate ligipääs nutistule toimub tavaliselt pilveteenuste kaudu.
  • Suurandmetel põhinev analüütika: nutistu sensorid toodavad pidevalt tohutus koguses andmeid, mis võimaldavad teostada keerukat analüütikat (mustriotsing).
  • Tehisintellekt: kasutajate, seadmete ja keskkonna omavahelist suhtlust pidevalt analüüsivad masinõppe algoritmid loovad ja parendavad pidevalt matemaatilisi mudeleid, mis võimaldavad ennustada nutistu parema toimimise tagamiseks kasutaja vajadusi ning seadmete hooldusvajadust.
  • Virtuaal- ja liitreaalsus: inimese suhtlus värkvõrgu lahendustega muutub üha loomulikumaks, keerukaid andmeid esitatakse liit- või virtuaalreaalsuse abil visualiseerituna (nt nutiauto esiklaasile projitseeritud liiklussoovitused või VR-prillide abil kaugjuhitav ajukirurgia operatsioon).
  • Robootika ja mehhatroonika: programmeeritavad mehaanilised seadmed jäävad endiselt oluliseks osaks värkvõrgust, luues vajadusi uue põlvkonna ajamite, andurite ja inimese-masina kasutajaliidese järele.
Asjade internet ja haridus

Miks peaks Eesti haridussüsteem asjade interneti vastu just nüüd huvi tundma? Kõigepealt võib ennustada asjade interneti levimist, kui koolihoonete kliima- ja turvasüsteeme hakatakse kaasajastama, säästes koolipidamiseks kuluvat energiat, raha ja õpilaste tervist. TalTechi dotsent Innar Liiv ennustab, et tulevikus annab värkvõrk nii õpilastele, õpetajatele, koolijuhtidele kui ka lapsevanematele sajad täiendavad silmad ja kõrvad, mille abil on võimalik nii koolis kui ka mujal toimuvat (õppe)tegevust paremini jälgida, automatiseerida ja mõista.

Kui vaadelda värkvõrgu võimalikku mõju konkreetselt õppimisele ja õpetamisele, võib eristada sellega seonduvaid haridustehnoloogilisi vahendeid ja teenuseid ning värkvõrgu teema lisamist tehnoloogiahariduse õppekavadesse.

Põhjuseid asjade interneti kaasamiseks õppesisusse on mitu: esiteks on tegemist lihtsalt põneva (ühest küljest futuristliku, teisalt aga elulähedase) uue tehnoloogiaga, mis võib aidata õpilastes tekitada huvi STEM e loodus- ja tehnikaainete ning insenerikarjääri vastu. Teisalt hoogustab värkvõrk innovatsiooni paljudes valdkondades ning põhjalikum tutvumine selle tehnoloogiaga juba õpingute käigus loob tänastele õppuritele konkurentsieelise tööjõuturul ja ka tulevases digimajanduses ettevõtlusega tegelemiseks, seda nii äri-, logistika- ja meditsiinivaldkonnas kui ka paljudel muudel elualadel.

Asjade internet täna Eesti koolis

2018. aasta seire käigus tehtud küsitluses kinnitas ligi veerand vastanuist, et nende koolis on asjade interneti teemasid juba õppetöös katsetatud. Kaheksa kooli plaanis värkvõrgu teemasid õpetama hakata lähima aasta jooksul, veel kuusteist kooli 2–3 aasta pärast. Küsimusele, milliseid uusi tehnoloogiaid plaanitakse koolis kasutusele võtta, toodi välja robotid, droonid, konverentsilahendus. Seega on uuendusmeelsemad Eesti koolid asjade interneti suunal juba esimesi samme ja tulevikuplaane teinud.

Eesti koolides on asjade interneti teemaga tutvumisele tee rajanud robootika, mida õpetatakse juba lasteaedades ja algklassides kas lõimituna teistesse õppeainetesse või siis huviringina. Robootikal on asjade internetiga ühisosa: eelkõige sensorid ja automatiseerimine.

Interaktiivne graafik. Programmeerimisoskus parandab matemaatilist mõtlemist, oskust probleeme loovalt lahendada ja loob aluse tulevikuameteis hakkama saamiseks. HITSA IT-õppe teekaardilt leiab materjale, mis aitavad tehnoloogiaõppega alustada ükskõik millises vanuses lasteaiast gümnaasiumi ja kutsekoolini.

ProgeTiigri programm

HITSA ProgeTiigri programm aitab koolidel robootikat õppetöös rakendada, pakkudes materjale ja koolitusi ning populariseerides valdkonda õpilasürituste kaudu. Eri tegevustega on vähemal või suuremal määral seotud u 90% koolidest ja 50% lasteaedadest.

ProgeTiigri kogumikus on eraldi välja toodud robootikateema, mille alt leiab sobivaid vahendeid, tunnikavasid jm materjale igas vanuses õppijale lasteaiaealistest täisealisteni.

ProgeTiigri kogumikust leiab robootika õpetamiseks sobilikke materjale ja tunnikavasid erinevas vanuses õppijale. Progetiiger.ee, ekraanitõmmis

I ja II kooliastme informaatika

Hiljuti valminud I ja II kooliastme informaatika digiõpikuist leiab alateema “Kood ja programmeerimine”, kus on olemas õppematerjalid anduritega robotite integreerimiseks õppetöösse. Robotite programmeerimine aitab lastel mõista, kuidas tehnoloogia toimib ja annab võimaluse neil endil otsida uusi lahendusi ning luua programme. Varakult alustades ja samm-sammult keerulisemate ülesannete poole liikudes kasvavad õpilastest arukad tarbijad ja tellijad ning senisest enam oleks neid, kes valivad suureks saades tarku lahendusi loova inseneri ameti.

Innovatoorium

Sageli ei järgne edukale esmatutvusele programmeerimise ja robootikaga algklassides enam mingeid jätkutegevusi 7.–9. klassides. Õppekava on selles kooliastmes väga mahukas ja valikainete jaoks pole tunniplaanis pea üldse ruumi. Innove toetatud projekti Innovatoorium raames tehti ettepanek, et värkvõrgu teemad võiks sisse tuua 7.–9. klasside loodusainete, kunsti, käsitöö ja tööõpetuse tundidesse. Projektiga liitunud viis pilootkooli (Kolga Kool, Väätsa Põhikool, Valga Gümnaasium, Kuressaare Gümnaasium ja Tallinna Kesklinna Vene Gümnaasium) said igaüks erineva komplekti värkvõrgu seadmeid, mida ainetundides katsetada:

  • Nutilabori komplekt: PocketLab Voyager, mis sisaldab 16 sensorit ja mis jagab andmeid õpilase enda nutitelefonile, neid selle ekraanil reaalajas visualiseerides; nutitelefonile kinnituv digimikroskoop; hüdropoonika komplekt potitaime kasvatamise automatiseerimiseks.
  • Nutirõivaste komplekt: rõivaste sisse õmmeldavad Arduino ja Adafruiti paneelid koos erinevate sensorite ja LED-tulukestega.
  • Kehaandurite komplekt: pulsi- ja stressiandurid, ajulainete andur.
  • Ruumiandurite komplekt: nutikodu komplekt koos liikumis-, temperatuuri- jm anduritega ja mikrokontrolleritega värkvõrgu eksperimentideks klassiruumis.

Lisaks sai üks projektis osalenud kool värkvõrguga otseselt mitteseotud nutiloomingu komplekti (360-kaamera ja virtuaalreaalsuse prillid, rohelise taustaga videostuudio sisseseade, 3D-printer jm), et näidata uue digitehnoloogia rakendusvõimalusi loovainetes. Õpetajate ja õpilaste koostöös loodi iga tunnikava juurde juhendmaterjalid ja töölehed, järgmistel aastatel katsetatakse neid komplekte ja seonduvaid õppematerjale juba 20 partnerkoolis.

Värkvõrku tutvustava projekti Innovatoorium raames mõõtsid Valga Gümnaasiumi õpilased kehasensorite abil stressi ja tähelepanu. Video: ERR Novaator

Soovitused

Kindlasti saaks pädeva juhendaja olemasolul gümnaasiumis pakkuda informaatika õppeaines põhjalikumat ülevaadet asjade interneti maailmast. Eelkõige digilahenduse arendusprojekti raames, mis on plaanis lisada lähiaastatel õppekavasse informaatika valikkursusena 11. klassis tehtava uurimistöö alternatiivina. Digilahenduse arendusprojekt koondnimega DigiTaru on poole õppeaasta jooksul korraldatav arendusuuring, milles erinevates rollides osaleb 4–6 õpilast. Projekti eesmärk on disainida digitehnoloogial põhinev tark- või riistvaralahendus lähtuvalt mingi konkreetse sihtrühma vajadustest. See võib olla mobiilirakendus, veebiteenus või ka värkvõrgu tehnoloogial põhinev automatiseerimine.

Põhikoolis oleks mõistlik alustada asjade interneti õpetamist füüsika ja bioloogia laboritöödes, kasutades hakatuseks kasvõi õpilaste endi nutitelefonide sensoreid või odavaid ilmavaatlusandureid. Värkvõrgu tehnoloogiast rohkem huvitatud põhikooliõpilastele võiks soovitada hüdropoonika või nutikodu lahenduse ehitamist loovtööna.

Tõenäoliselt kasvab lähiaastatel kiiresti nende sensorite ja muude värkvõrgu komponentide kättesaadavus, mida õpilaste uurimis- ja loovtöödes saab kasutada. Samuti tekib juurde kohti, kust õpetajad ja õpilased saavad nõu küsida. Näiteks avati TalTechis hiljuti Asjade interneti keskus, kust saab inspiratsiooni ja nõu.

Mida tähele panna?

Asjade interneti levik nii kodudes, tehastes, liikluses kui ka meditsiiniasutustes suurendab kahtlemata meie haavatavust ja tõstab tähelepanu keskmesse küberturvalisuse. Sestap panustavad värkvõrgu arendamisega tegelevad teadlased ja ettevõtted praegu palju nutistu turvalisemaks muutmisesse, ärisaladuse ja kasutajate privaatsuse kaitsesse.

Millised on värkvõrguga seotud turvaprobleemid ja millised võiksid olla võimalikud lahendused? HITSA videos lahkab teemat Linnar Viik.

Peamine oht asjade interneti rakendamisel hariduses on seotud võimalike rünnete või omakasupüüdliku andmete kogumisega kolmandate osapoolte poolt. See võib kahjustada õpilaste ja õpetajate privaatsust, aga ka kooli andmeid ja vara.

Samas ei pruugi privaatsusesse sekkumine asjade interneti vahendusel tingimata olla ebaseaduslik või pahatahtlik. Ühelt poolt soovivad lapsevanemad ja koolijuhid üha detailsemat infot õppeprotsessi kohta, et olla kindel õppetöö kvaliteedis ning võimaldada paindlikumat õppekorraldust (kaugõpe, tundide järelvaatamine) ja analüüsi. Teisalt võib selline totaalne jälgimine kaamerate ja värkvõrgu abil tuua kaasa pingeid ja stressi õpetajate ja õpilaste seas.

Koolilood
Kokkuvõte

Lähiaastatel on asjade internet jõudsalt haridusvaldkonda jõudmas nii targa maja tehnoloogia kujul (automatiseeritud kliima- ja turvalahendused) kui ka õpetamise objektina.

Asjade interneti riistvara muutub kiiresti taskukohaseks, selle paigaldamine ja kasutuselevõtt ei nõua enam inseneriharidust. Üha rohkem ilmub turule soodsa hinnaga värkvõrgu õppekomplekte, mis on jõukohased ka noorematele lastele. See võimaldab alustada asjade interneti teemade õpetamist algklassides ja põhikoolis, liikudes gümnaasiumiastmes juba tõsisemate digilahenduste arendusprojektideni. Tänu kättesaadavusele ja jõukohasusele on asjade interneti tehnoloogia sillaks, mille kaudu jõuavad koolidesse loodetavasti ka teised raportis kirjeldatud trendid, eelkõige andmeanalüütika ja uus privaatsus. Samuti võiksid sedalaadi uuendused kasvatada õpilastes huvi inseneriõpingute ja -karjääri vastu.

Lisainfo

Asjade internetist eesti keeles:

Haridusalased materjalid:

Inspiratsiooni õpilaste värkvõrguteemalisteks loov- ja uurimistöödeks leiab informaatika ja inseneeria valdkondade bakalaureusetöödest:

Ingliskeelsed materjalid: