صنعت چهارم و ویروس جهان‌گشا سرآغازی بر یک تحول بزرگ

به دنبال شیوع کووید۱۹ دنیا با شرایط کم‌سابقه‌ای رو‌به‌رو شده است. تقاضای شدید برای تجهیزات پزشکی و اقلام دارویی از یک سو و نیاز بی‌سابقه به فناوری اطلاعات از سوی دیگر چالش‌های بزرگی را پیش روی سیاست‌گذاران و مردم عادی قرار داده است. در این شرایط، نسخه‌ چهارم صنعت (Industry 4.0) که از آن به‌عنوان چهارمین انقلاب صنعتی یاد می‌شود امیدهای زیادی را برای پاسخ‌گویی به این چالش‌ها زنده کرده است (شکل ۱).  پس از دوران صنعتی‌سازی با قدرت آب و بخار و  الکتریسته و دوران اتوماسیون‌های کامپیوتری در نسخه‌ چهارم صنعت به عصر ماشین‌های خودمختار و هوشمند صنعتی پا گذاشته‌ایم که با انبوهی از داده‌ها تغذیه می‌شوند و مجهز به یادگیری ماشین هستند. اگر چه برخی معتقدند اصطلاح صنعت ۴ یک شگرد بازاریابی است اما می‌توان ردپای این انقلاب را در صنعت و تولید به خوبی مشاهده کرد. صنعت چهار در حقیقت ادامه راهی است که صنعت ۳ در پیش گرفته بود. حالا کامپیوترها به هم متصل شده‌اند و قادرند با هم ارتباط برقرار کنند. در صنعت ۴ ماشین‌های هوشمند صنعتی قادرند بدون نیاز به دخالت انسان تصمیم بگیرند. ترکیبی از سامانه‌های سایبر-فیزیکی، اینترنت اشیا و اینترنتِ سامانه‌ها، موتور محرکه صنعت ۴ خواهند بود و کارخانه هوشمند را به واقعیت بدل خواهند کرد. دسترسی به داده‌ها و امکان مدیریت و استفاده بهتر از آن‌ها، بهره‌وری بیشتری را در تولید به همراه خواهد آورد. 

شکل۱ - از صنعت ۴ به‌عنوان چهارمین انقلاب صنعتی یاد می‌شود. 

درمانی برای یک ویروس

صنعت ۴ که مجموعه‌ای است از فناوری‌های مختلف این قابلیت را دارد که در بحران‌هایی نظیر شیوع کووید ۱۹ به کمک آید و با فرایند‌های تولید پیشرفته و فناوری‌های دیجیتال‌محور، شرایط را برای گذر از این بحران ساده‌تر کند. اگرچه شاید عنوان صنعت ۴ برای بسیاری از مردم عنوانی ناشناخته باشد، اما زیرشاخه‌های این صنعت در زندگی روزمره بسیار استفاده می‌شوند و همین امر باعث شده است که بسیاری از افراد حرفه‌ای و عادی به‌طور ناخودآگاه با صنعت ۴ درگیر باشند. هوش مصنوعی، اینترنت اشیا، کلان‌داده‌ها، واقعیت مجازی، فناوری‌های اسکن سه‌بعدی و چاپ سه‌بعدی، رایانش ابری و روبات‌های خودران و حتا حسگر‌های زیستی شاخه‌‌های این صنعت را تشکیل می‌دهند. فناوری‌هایی که در دوران شیوع کرونای جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند و حتا در بسیاری از موارد کارساز بوده‌اند. کمک به تشخیص و درمان، تسریع روند تهیه اقلام پیشگیری نظیر ماسک و دستکش ، تقویت زنجیره تأمین، دستیابی سریع‌تر به دارو، نظارت دیجیتال بر وضعیت شهرها و مناطق دورافتاده، استفاده از روبات برای درمان بیماران و کاهش خطراتی که کادر درمان را تهدید می‌کند، استفاده از واقعیت مجازی، استفاده از فناوری‌های دیجیتال برای دورکاری در دوران قرنطینه، شناسایی اطلاعات غیر معمول در رسانه‌‌ها و فضای مجازی و ارزیابی بهتر خطرات و وضعیت سلامت عمومی ناشی از این ویروس، پایش از دور افراد سالم و مبتلا و به‌طورکلی تحت کنترل درآوردن شیوع افسارگسیخته این بیماری از جمله فواید صنعت ۴ است. ما در ادامه به برخی از این فناوری‌ها نگاهی خواهیم انداخت و اندکی در مورد نقشی که در دوران شیوع کووید۱۹ دارند سخن خواهیم گفت. 

هوش مصنوعی

فناوری هوش مصنوعی از جمله راهکارهای امیدبخش برای غلبه بر کووید ۱۹ است.  گره‌ خوردن هوش مصنوعی و یادگیری ماشین با بینایی ماشین و پردازش زبان طبیعی، کامپیوترها را قادر می‌سازد از مدل‌های مبتنی بر کلان‌داده برای تشخیص، توصیف و پیش‌بینی الگوها استفاده کنند. طی همین چند ماه اخیر، داده‌های معنادار زیادی در رابطه با کووید ۱۹ تولید شده‌اند. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین این امکان را فراهم می‌کند تا بتوانیم ارتباط میان این داده‌‌ها را بهتر درک کنیم، ریسک آلودگی را ارزیابی کنیم و جمعیت را به‌طور کارآمدی پایش کنیم. آزمایش‌های کلینیکی برای یافتن دارو‌ها و واکسن‌های این بیماری را می‌توان با استفاده از هوش مصنوعی بهینه‌سازی کرد، از هوش مصنوعی برای توسعه روبات‌ها کمک گرفت و وظایفی نظیر ضدعفونی کردن مکان‌ها و یا معاینه از راه دور افراد را به آن‌ها سپرد (شکل ۲). استفاده از این فناوری محدودیت‌هایی دارد که مهمترین آن، کمبود داده است. یادگیری ماشین و در پی آن هوش مصنوعی زمانی می‌تواند در بحرانی نظیر شیوع کووید ۱۹ با قدرت ظاهر شود که به کلان‌داده متصل گردد، اما در عمل حجم داده‌های قابل استفاده کافی نیست. اگرچه داده‌های زیادی در دنیا تولید می‌شود و با اصطلاحات «دریای داده» و «کلان‌داده» مواجه هستیم، اما در بسیاری از موارد، داده‌های در دسترس پرت و  مغشوش و خارج از محدوده هستند. هوش مصنوعی در صورت در اختیار داشتن داده‌های مناسب، قادر به پیش‌بینی شیوع است و می‌تواند در به حداقل رساندن و یا حتی متوقف کردن روند گسترش ویروس مؤثر باشد. از سوی دیگر هوش مصنوعی می‌تواند در شناسایی و حدف اطلاعات نادرستی که در شبکه‌های اجتماعی در مورد کووید ۱۹ منتشر می‌شوند نقش داشته باشد و در نتیجه در کاهش حجم داده‌های پرت بطور چشمگیری مؤثر باشد.

شکل۲ - هوش مصنوعی امکان تجزیه و تحلیل تصاویر پزشکی و شناسایی موارد ابتلا به بیماری کووید ۱۹ را فراهم کرده است. 

اینترنت اشیا

اینترنت اشیا یک راهکار خودکارسازی است که منجر به رشد عظیمی در حوزه تولید خودکار، مدیریت منابع  و نظایر آن شده است. اینترنت اشیا شبکه‌ای از دستگاه‌ها و ابزارک‌ها را تشکیل می‌دهد که قادرند بر بستر این شبکه با هم گفت‌وگو کنند و اطلاعات و داده‌هایی را تبادل کنند و با جمع‌آوری، انتقال، تجزیه و تحلیل و ذخیره‌سازی داده‌ها گزینه کارآمدی از رایانش را در اختیار ما قرار دهد. جمع‌آوری داده‌ها با کمک حسگرهایی که در موبایل‌ها و روبات‌ها و نظایرشان نصب شده‌اند امکان‌پذیر شده است. داده‌های جمع‌آوری شده به منظور تجزیه و تحلیل و تصمیم‌سازی به سرورهای ابری فرستاده می‌شوند. با شیوع کووید ۱۹، اینترنت اشیا نیز به‌عنوان یک راهکار عملی و مناسب مطرح شده است. کاربردهای این فناوری نیز در این حوزه متنوع است. از به‌کارگیری پهپادها به منظور پایش نحوه اجرای قرنطینه و حصول اطمینان از اینکه عابران از ماسک استفاده می‌کنند گرفته تا ردیابی منشاء شیوع بیماری و بررسی میزان تماس افراد سالم و مبتلا. از سوی دیگر با کمک اینترنت اشیا کادر درمانی و پزشکان می‌توانند بیمارانی که در خانه بستری هستند را از راه دور مورد ارزیابی قرار دهند. 

کلان‌داده ( Big data)

روش‌های تجزیه و تحلیل مبتنی بر کلان‌داده برای ردیابی و کنترل گسترش جهانی بیماری‌هایی نظیر کووید۱۹ بسیار مناسب و کارساز هستند. چنین فناوری‌هایی امکان ذخیره‌سازی حجم بسیار زیادی از داده‌های مربوط به مبتلایان به این بیماری را فراهم می‌کنند و در تجزیه و تحلیل و پیش‌بینی ابتلا به بیماری و میزان تأثیر ویروس کووید۱۹ بسیار کارآمد هستند. در این صورت می‌توان با سرعتی بسیار زیاد و در لحظه تصمیمات را ارزیابی و  اصلاح کرد. کلان‌داده به نجات جان انسان‌ها و یافتن درمان‌های مؤثر کمک می‌کند. ردیاب‌های کووید۱۹ به‌طور آنی داده‌ها را از منابعی در سرتاسر جهان جمع‌ِآوری می‌کنند و در پی آن، دانشمندان، پزشکان، همه‌گیرشناسان (epidemiologists) و سیاست‌گذاران به جدیدترین اطلاعات دسترسی خواهند داشت و این به تصمیم‌گیری‌های دقیق‌تر برای مقابله با این ویروس کمک خواهد کرد (شکل ۳). 

شکل۳ - استارت‌آپ Graphen با استفاده از داده‌های ژنتیکی جمع‌آوری شده  از ویروس کووید ۱۹، موفق شده  روند تکامل این ویروس در جهان را تصویرسازی کند. 

واقعیت مجازی

 واقعیت مجازی یا به اختصار VR یک فناوری دیجیتال است و امکان خلق دنیاهای شبیه‌سازی‌شده را فراهم می‌کند. فناوری واقعیت مجازی در حوزه‌های مختلفی نظیر بازی‌های کامپیوتری، آموزش، تمرین مهارت‌های پزشکی و نظامی کاربرد دارد. واقعیت مجازی محیطی را خلق می‌کند که در آن کاربر قادر است در شرایطی ایمن دست به خلاقیت بزند. فناوری واقعیت مجازی امکان همکاری زنده (real-time) با یکدیگر در یک محیط شبیه‌سازی شده را فراهم می‌کند. قابلیتی که در دوران شیوع کووید ۱۹ یک برتری سازمانی را رقم می‌زند (شکل ۴). استفاده از فناوری واقعیت مجازی در دوران شیوع کووید ۱۹ پیشنهادی عالی برای برگزاری جلسات از راه دور است. مهمترین مزیت استفاده از چنین فناوری در گفت‌وگوهای ویدیویی این است که افراد احساس می‌کنند در یک مکان دور هم جمع شده‌اند بدون اینکه نیاز داشته باشند برای شرکت در جلسات، سفر کنند. واقعیت مجازی کارآیی را افزایش می‌دهد و با ایجاد تحولی در کارهای گروهی و کاهش هزینه‌های سفر، امکان حضور افراد در جلسات را ساده‌تر می‌کند. در نتیجه در دوره‌ای نظیر دوره‌ فعلی که کووید ۱۹ گسترش یافته، واقعیت مجازی ابزاری درجه یک برای برقراری ارتباط با دیگران و انجام کارهای گروهی در محیطی امن به شمار می‌آید. 

شکل۴ - فناوری واقعیت مجازی امکان شرکت کردن غیرحضوری در جلسات کاری را فراهم می‌کند. 

هولوگرافی ( Holography)

هولوگرافی عکاسی سه‌بعدی است و امکان تهیه نماهای سه‌بعدی از مناظر را در اختیار ما قرار می‌دهد، به‌طوری‌که می‌توانیم پرسپکتیو تصاویر را به دلخواه تغییر دهیم. هولوگرام امکان بازسازی یک تصویر سه‌‌بعدی دقیق از شی اصلی را در اختیار ما قرار می‌دهد. رویکرد فوق به شرکت‌ها اجازه می‌دهد جلسات خود را به‌طور مجازی برگزار کنند (شکل ۵). با استفاده از این فناوری کسب‌وکارها می‌توانند محصولات جدید را معرفی کرده و به بازار عرضه کنند، مشتریان جدیدی برای خود بیابند و به برند خود سر و شکلی دهند. فناوری دیجیتالی هولوگرافی امکان جدیدی را به رویدادها و همایش‌های زنده افزوده و این اطمینان را ایجاد می‌کند که سخن‌رانان، کارکنان و مشتریان بدون اینکه در معرض بیماری باشند در جلسات و همایش‌ها شرکت کنند. درست مثل این است که شرکت‌کنندگان در خانه و دفتر کار خود باشند و به‌طور مجازی روی صحنه حاضر شوند. هزاران نفر می‌توانند به این پخش زنده به‌طور همزمان بپیوندند. امروزه با پیشرفت فناوری، واقع‌گرایی و باورپذیری هولوگرافی بیشتر هم شده است. در این دوران شیوع بیماری کووید ۱۹ که کارکنان شرکت‌ها را مجبور کرده است در خانه بمانند، فناوری‌هایی نظیر هولوگرافی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته‌اند.

شکل۵ - فناوری هولوگرافی، گزینه‌ای دیگر برای تشکیل جلسات غیرحضوری را پیش روی ما قرار داده است.

رایانش ابری

رایانش ابری (Cloud computing) یک فناوری دیجیتال است که امکان عرضه منابع رایانشی نظیر سرورها، ذخیره‌سازها و پایگاه داده و هوش مصنوعی را از طریق شبکه فراهم می‌کند. این فناوری دسترسی ساده‌تر و انعطاف‌پذیری بیشتری در اختیار متقاضیان قرار می‌دهد، به‌طوری‌که از یک سو هزینه‌های بهره‌گیری از رایانش را برای متقاضی کاهش داده و از سوی دیگر بهره‌وری راه‌اندازی و به‌کارگیری زیرساخت‌های رایانشی را افزایش می‌دهد. مزایای سامانه‌های ابری در شرایطی نظیر شیوع کووید ۱۹ بیش از پیش در معرض دید و قضاوت قرار گرفته است. در این دوران که مردم مجبور به رعایت قرنطینه هستند با کمک ابزارهایی که بر بسترهای ابری نظیر AWS شرکت آمازون، Azure شرکت مایکروسافت یا Cloud شرکت گوگل عرضه می‌شوند قادرند بسیاری از وظایف روزمره و حتی کار و تفریح خود را انجام دهند. رایانش ابری به روش‌های مختلفی در مبارزه با کووید ۱۹  کمک می‌کند. بعنوان مثال ظرفیت قابل‌توجهی را در اختیار تأمین‌کنندگان آنلاین اقلام پزشکی و درمانی قرار می‌دهد تا به نحو موثرتری پاسخگوی مشتریان باشند. 

روبات‌های خودران

روبات‌های خودران قادرند بدون نظارت انسان وظایفی را انجام دهند. به‌عنوان مثال، می‌توان از آن‌ها برای جمع‌آوری اطلاعات از محیط استفاده کرد. آن‌ها را می‌توان برای مدت بسیار طولانی به خدمت گرفت و وظایفی را که انجامشان برای انسان مخاطره‌آمیز است به آن‌ها سپرد (شکل ۶). در شرایط شیوع کووید ۱۹ می‌توان از این روبات‌ها به منظور نظارت بر چگونگی رعایت قوانین از سوی شهروندان کمک گرفت و یا در بیمارستان‌ها آن‌ها را به کار گماشت.

شکل۶ - می‌توان بسیاری از وظایف پرخطر نظیر ضدعفونی کردن معابر و یا نظارت بر مبتلایان را به روبات‌ها سپرد.

اسکن سه‌بعدی

با استفاده از فناوری اسکن سه‌بعدی می‌توان بدون نیاز به تماس با جسم، از آن یک مدل سه‌بعدی تهیه کرد و آن‌را در قالب یک فایل سه‌بعدی به کامپیوتر فرستاد. از این فناوری به‌طور گسترده‌ای در فرایند مهندسی معکوس استفاده می‌شود. در پزشکی هم این فناوری امکان تهیه مدل‌های سه‌بعدی از اعضای مختلف بدن را فراهم می‌کند. با استفاده از نتیجه اسکن سه‌بعدی می‌توان بدون نیاز به در اختیار داشتن جسم، آنرا در کامپیوتر و بطور دیجیتال مورد ارزیابی و سنجش قرار داد و بررسی کرد. از اسکن‌ سه‌بعدی پزشکی به‌عنوان یکی از راه‌های ارزیابی ریه افراد و تشخیص ابتلا به بیماری کووید ۱۹ استفاده می‌شود. استفاده در واقعیت مجازی، ثبت حرکات، نقشه‌برداری روباتیک و طراحی صنعتی برخی از کاربردهای دیگر فناوری اسکن سه‌بعدی هستند. 

چاپ سه‌بعدی

این روزها استفاده از چاپ سه‌بعدی به منظور تولید قطعات سفارشی‌شده در حوزه پزشکی رونق زیادی گرفته است. با کمک این فناوری می‌توان با صرف زمان و هزینه‌ای به نسبت کمتر از روش‌های معمول، نسخه‌های بهینه‌سازی شده و اصلاح‌شده‌ای از محصول را ایجاد کرد. به‌عنوان مثال، در طراحی و توسعه قطعات دستگاه‌های تنفس مصنوعی که این روزها بسیار مورد نیاز است یا در تهیه و تأمین اقلام مورد نیاز برای پیشگیری از بیماری کووید ۱۹ می‌توان از فناوری چاپ سه‌بعدی کمک گرفت. حتا از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ساخت ماسک هم استفاده شده است. ماسک‌های جراحی  و N95 برای محیط زیست مناسب نیستند، اما ماسک‌های تهیه شده به روش چاپ سه‌بعدی چند بار قابل استفاده هستند. نوعی ماسک موسوم به NanoHack به روش چاپ سه‌بعدی در حال توسعه است و طراحان مدعی هستند این ماسک قابل بازیافت و استفاده مجدد است (شکل ۷). 

شکل۷ - نمونه‌ای از ماسک اپن‌سورس NanoHack که با روش چاپ سه‌بعدی تهیه می‌شود. 

حسگرهای زیستی (Biosensors)

حسگرهای زیستی به منظور تبدیل سیگنال‌های زیستی به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. حسگرهای نوری، حرارتی، پیزوالکتریک و الکتروشیمیایی از جمله این حسگرها هستند. حسگرهای زیستی در حوزه‌های متنوعی کاربردهایی یافته‌اند نظیر پزشکی، صنعت غذایی و حوزه دریایی. آن‌ها پایدار و حساس هستند. در جنگ‌های بیولوژیکی از این حسگرها می‌توان برای حفاظت از سربازان یا در قالب دستگاه‌های بی‌سیم در محیط‌هایی نظیر بیمارستان‌ها استفاده کرد. در دوران شیوع کووید ۱۹ دستگاه‌های مجهز به  حسگرهای زیستی که حساسیت، قیمت و دقت مناسبی دارند را می‌توان به سادگی به کار گرفت. دستگاه‌های سنجش قندخون از جمله ابزارهای مبتنی بر حسگرهای زیستی هستند که به منظور آزمایش‌های بالینی و تشخیص بیماری‌ها استفاده می‌شوند. 

صنعت چهارِ دوران کرونا

BlueDot یک پلتفرم کانادایی مبتنی بر هوش مصنوعی نزدیک به ۹ روز پیش از اینکه سازمان بهداشت جهانی به‌طور رسمی وجود کووید۱۹ را تأیید کند، در مورد شیوع این بیماری هشدار داده بود. این یکی از نمونه‌های قدرت هوش مصنوعی در شرایطی  است که انسان در بی‌خبری به سر می‌برد. قدرتی که باید جدی گرفته شود. در دوران شیوع هم هوش مصنوعی به مدیریت بارکاری ناشی از این بیماری کمک کرده است. اگر از نگرانی‌های مربوط به حریم خصوصی بگذریم، تجزیه‌ و تحلیل داده‌های شخصی، سفرها و داده‌های مربوط به کلینیک‌ها امکان مدلسازی پیشگویانه دقیقی را فراهم کرده است. علاوه بر این هوش مصنوعی می‌تواند در تولید ابزارهایی نظیر ربات‌های نرم‌افزاری گفتگوی اینترنتی نیز به کمک آید. چندین مدل هوش مصنوعی در چین استفاده شده که در تشخیص و تفسیر نتایج تصاویر پزشکی نسبت به انسان سریع‌تر عمل می‌کنند و در نتیجه می‌توان به این طریق کمبود نیروی متخصص در کلینیک‌ها را جبران کرد. از سوی دیگر چین با کمک روبات‌ها و پهپادها اقدام به کاهش سطح تماس افراد با هم کرد. کشورهایی نظیر چین، کره‌جنوبی و تایوان فقط نمونه‌ای از کشورهایی هستند که با استفاده از کلان‌داده، هوش‌مصنوعی و سایر فناوری‌های پیشرو به مدیریت تأثیرات و کاهش خطرات کووید ۱۹ اقدام کردند.  بسترهای ابری نیز از طریق فراهم کردن امکان برگزاری آنلاین کلاس‌های درس کمک زیادی به فاصله‌گذاری اجتماعی کرده‌اند. استفاده از پهپاد‌ها و روبات‌ها برای رساندن اقلام پزشکی به مراکز درمانی و دارو و غذا به مبتلایان نیز از جمله کمک‌های صنعت ۴ است. تایوان که موفق به مدیریت بارکاری ناشی از این بیماری شده از روش‌هایی استفاده کرده که به‌طور گسترده‌ای مبتنی بر داده‌ها هستند. آن‌ها توانسته‌اند با بهره‌گیری از مزایای کلان‌داده، پایگاه‌ داده‌ مفصلی ایجاد کنند و  از آن در کنار پروتکل‌های پایش فرودگاه‌ها، برای ردیابی و پیش‌بینی ریسک آلودگی کمک بگیرند. ردیابی موبایل (Mobile tracking) نیز به منظور حصول اطمینان از اینکه افراد پرخطر قرنطینه خانگی را رعایت می‌کنند مورد استفاده قرار گرفته‌ است.  دو شرکت اپل و گوگل بر روی استفاده از فناوری بلوتوث به منظور ردیابی تماس‌های فیزیکی بین افراد (contact tracing) کار کردند.
بیماری کووید ۱۹ نحوه زندگی و کار کردن و ارتباط‌مان با اطرافیان را در چشم‌برهم‌زدنی دگرگون کرد. ایجاد یک چارچوب پویا و  در هم تنیده از داد‌ه‌های سلامتی هیچ‌وقت تا این حد ضروری به نظر نمی‌رسید، اما ساکنان همه کشورها این شانس را ندارند که از چنین فناوری‌هایی برای مبارزه با کووید ۱۹ استفاده کنند. فناوری‌های صنعت ۴ با اینکه در حوزه مقابله با کووید۱۹ بسیار کارآمد و کارساز هستند اما توزیع آن‌ها در سراسر جهان یکسان نبوده و این چالشی است که باید به آن بیش از پیش توجه کرد، زیرا در چنین بحرانی، جان انسان‌ها مطرح است و جان یک انسان در نیویورک یا توکیو به اندازه یک انسان در رواندا و جاماییکا ارزش دارد.