استخدام التصميم المصمم على أساس البشر في تطوير أجهزة الاستشعار وجمع البيانات في المدن الذكية

ومع أن المدن في جميع أنحاء العالم تعتمد التحول الرقمي، فإن تطوير أجهزة استشعار المدن الذكية وأجهزة جمع البيانات أصبح حجر الزاوية في الابتكار الحضري، وهذه التكنولوجيات تعد بتحسين تدفق حركة المرور، والحد من استهلاك الطاقة، وتحسين السلامة العامة، وتحسين نوعية الحياة العامة للمقيمين، ومع ذلك فإن نجاح أي مبادرة من مبادرات المدن الذكية لا يتوقف على تطور المعدات والبرامجيات فحسب، بل أيضا على مدى قدرة التكنولوجيا على الوصول إلى الناس الذين يتفاعلون معها يوميا.

ما هو تصميم البشر؟

وفي النهاية، فإن التصميم المرتكز على الإنسان هو منهجية منظمة ومكررة لحل المشاكل تعطي الأولوية لفهم الأشخاص الذين يتم إنشاء منتج أو خدمة أو نظام لهم، ويبدأون من مجالات الارتفاع، وهندسة القابلية للاستخدام، والتصميم التشاركي، وقد تطورت هذه الدراسة إلى إطار يعتمده على نطاق واسع المصممون والمهندسون والمخططون الحضريون، وفي جوهرها، تنطوي الدراسة على ثلاث مراحل رئيسية هي: الإلهام، والتحسين، والحلول الواعدة، والتنفيذ.

والفلسفة التي تقوم عليها هذه المادة بسيطة ومعمقة: ينبغي أن تتكيف التكنولوجيا مع الناس، وليس العكس، وهذا يعني الانتقال إلى ما يتجاوز المتطلبات التقنية البحتة - مثل الدقة في أجهزة الاستشعار، أو حياة البطاريات، أو سرعة نقل البيانات، وإدماج العوامل البشرية مثل الحمل المعرفي، والسياق الثقافي، والقدرات المادية، والاستجابة العاطفية، فعلى سبيل المثال، فإن جهاز الاستشعار الذكي للسيارات الذي يوفر مؤشراً بسيطاً للارتحال هو أكثر استخداماً من نظام الرصد العالمي.

عملية التصميم البشري - المركزي لمستشعرات مدينة الذكاء

ويتطلب تطبيق النهج المنسق على تطوير أجهزة استشعار المدن الذكية عملية مدروسة متعددة المراحل تشرك أصحاب المصلحة في كل خطوة، وفي حين أن الأساليب المحددة قد تختلف، فإن معظم المشاريع الناجحة تتبع سلسلة من الاكتشافات، وتحديد وتطوير، وتسليم، متوائمة مع نموذج التفكير التصميمي الذي أقره المعهد الدولي لبحوث اقتصاديات التنمية ومدرسة ستانفورد للتعلم، وننبذ كيف تنطبق كل مرحلة على تصميم أجهزة الاستشعار وجمع البيانات تحديداً.

الاختفاء: التعاطف والفهم

أما المرحلة الأولى فهي تتعلق بالتعاطف العميق، إذ يجب على المطورين الخروج من المختبر والداخلية، ويشمل ذلك إجراء بحوث إثنية - مشية في الشوارع التي سيقام فيها جهاز استشعار، والتحدث مع عمال المدينة الذين يحتفظون بمعدات، وإجراء مقابلات مع المقيمين بشأن التحديات اليومية، وعلى سبيل المثال، عندما يُصمم نظام لرصد نوعية الهواء، قد يكتشف الفريق أن السكان أقل قلقاً بشأن وجود محدد في كل جزء من المقاييس، وأكثر اهتماماً بمعرفة ما إذا كان ذلك.

وخلال هذه المرحلة، ينظر الباحثون أيضاً في مختلف فئات المستخدمين: الأشخاص ذوو الإعاقة، والمسنون، والمتحدثون غير اللغة، والذين لا يستطيعون الوصول إلى الهواتف الذكية، ويضمن فهم هذه المنظورات المختلفة عدم استبعاد أو تهميش أي قطاع من السكان عن غير قصد، كما أن أساليب مثل رسم خرائط الرحلات، وخلق الأشخاص، ورسم الخرائط المتعاطفة تساعد على تجميع النتائج في أفكار عملية.

Define: Synthesize and Frame the Problem

وبعد إتمام البحث، يقوم الفريق بتجميع البيانات لتحديد التحدي الأساسي في التصميم، وهذه الخطوة تنتقل من الاستكشاف المفتوح إلى بيان مركز للمشكلة، فعلى سبيل المثال، بدلاً من " أن نحتاج إلى محسّن أفضل لحركة المرور " ، يمكن أن يكون بيان المشاكل البشرية هو: " كيف يمكن أن نعطي تعريفاً واضحاً للتصميمات ودورات التقلبات في مجالات النجاح دون أن نطالبها بإعادة التركيز على الهاتف " .

تطوير: إيدي، نموذج أولي، اختبار

ومع تعريف واضح للمشكلة، يولد الفريق طائفة واسعة من الأفكار، وينبغي أن تشمل جلسات تخزين الأفكار ليس فقط المهندسين بل أيضا المخططين الحضريين، والمدافعين عن المجتمع المحلي، بل وحتى المستعملين النهائيين، وأن تتحول هذه الأفكار بسرعة إلى نماذج نموذجية ذات طابع أدنى، أو تنبيهات على الورق، أو نماذج مادية بسيطة، أو بالنسبة لجهاز استشعارات يدوي ذكية من نوع النفايات يُنبه إلى مصانع للصرف صحي.

فالاختبارات المتكررة أمر حاسم، وكل جولة من ردود الفعل التي يقدمها المستخدم تؤدي إلى تحسينات، فعلى سبيل المثال، قد تبين التجارب المبكرة لتفاعل مع قياس المياه الذكية أن السكان يفضلون الاتصال باللوين على عرض رقمي، لأنه يتيح فهما في مرحلة ما بعد التكتل، وتستمر مرحلة التطوير حتى يلبي التصميم احتياجات المستخدمين والقيود التقنية، ومن ثم فإن النماذج الأولية العالية الصفة والنشرات التجريبية تحقق الأداء في ظروف العالم الحقيقي.

الإنجاز: التنفيذ والرصد

أما المرحلة النهائية فتشمل توسيع نطاق الحل، إذ يتم تصنيع أجهزة الاستشعار وتركيبها وإدماجها في النظام الإيكولوجي للبيانات في المدينة، غير أن هذه المادة لا تنتهي بالتركيب، فالرصد المستمر لتغذية المستخدمين، وسجلات النظام، وتذاكر الدعم، يضمن معالجة أي مسائل بسرعة، وينبغي للمدن أن تنشئ قنوات للتغذية المرتدة مثل حلقات العمل المجتمعية، والبوابات الإلكترونية، أو خطوط الاتصال المباشر التي تسمح للمقيمين بالإبلاغ عن المشاكل أو اقتراح إدخال تحسينات عليها.

تطبيق اتفاقية مكافحة التصحر على أنواع معينة من أجهزة الاستشعار في مدينة الذكاء

ولتوضيح قوة التصميم الذي يركز على الإنسان، فلنبحث كيف تشكل مبادئه تطوير عدة أجهزة استشعار مشتركة للمدينة ذكية وأجهزة لجمع البيانات.

أجهزة الاستشعار عن نوعية الهواء

إن رصد نوعية الهواء هو أحد أكثر التطبيقات الذكية في المدينة، غير أن أجهزة الاستشعار التقليدية كثيرا ما توفر بيانات خام - مثل تركيزات PM2.5 - وهذا غير ذي معنى للشخص العادي، ويحول نهج التركيز البشري هذه المعلومات إلى أفكار قابلة للتنفيذ، ويمكن أن ينشئ المصممون شبكة من أجهزة الاستشعار ذات التكلفة المنخفضة التي تقام في ملاجئ الحافلات وأضواء الشوارع، وكلها مجهزة بعلامات مرئية ذات طابع حساس.

حركة المرور وأجهزة الاستشعار

كما أن أجهزة الاستشعار التقليدية التي تُجرى في الطرق يمكن أن تعد مركبات ولكنها لا تخبرنا إلا القليل عن السلوك الناشط أو الدراجات، وقد تتضمن إعادة تصميم مركز الإنسان طرائق متعددة للاستشعارات، والليدارات، والكشف عن جميع مستخدمي الطرق، ولكن الابتكار الحقيقي يكمن في حلقة التغذية.

أجهزة الاستشعار عن إدارة النفايات

In sort-centered waste bins equipped with fill-level sensors can optimize collection routes, reducing fuel consumption and litter overflow. A human-centered design approach looks beyond the sensor technical capabilities and examines the full user trip. For sanitation workers, the sensor interface should clearly indicate which bins servicing and provide a simple visual confirmation when a bin has been emptied.

أجهزة الاستشعار

كما أن أجهزة الاستشعار التي تعمل على تحديد المواقع (CFing availability) هي إحدى أحدث التكنولوجيات الذكية في المدينة، ولكن العديد من عمليات التنفيذ قد انتُقدت بسبب ضعف خبرة المستخدمين، وكثيراً ما يجد السائقون أن الجهاز المحمول يظهر عدم توافره، أو أن مؤشرات أجهزة الاستشعار الضوئية التي تُستخدم في السيارات غير واضحة، هي التي يمكن أن تُحد من هذه القضايا من خلال تصميم مركز الإنسان عن طريق إجراء اختبارات متكررة لوقوف السيارات.

استحقاقات التصميم البشري في أجهزة الاستشعار في مدينة الذكاء

وتتجاوز مزايا إدماج الأمراض غير المعدية في تطوير أجهزة الاستشعار مدى رضا المستعملين، وهي تُحدث تحسينات قابلة للقياس في مجال التبني، ونوعية البيانات، والثقة العامة، وكفاءة التكاليف في الأجل الطويل.

زيادة التبني والمشاركة

وعندما يشعر السكان بأن التكنولوجيا قد صممت مع مراعاة احتياجاتهم، فإن من الأرجح أن تستخدمها وأن تتعامل مع خدمات المدن، مثلا، فإن قياساً للمياه ذكياً يوفر لوحة ودودة يسهل قراءتها تبين أنماط الاستخدام اليومية يشجع سلوك الحفظ على نحو أكثر فعالية بكثير من تقرير تقني مُشوّش، كما أن ارتفاع معدلات التبني يولد أيضاً مجموعات بيانات أكثر ثراء، مما يتيح للمدن تحسين الخدمات واتخاذ قرارات قائمة على الأدلة.

تحسين نوعية البيانات وصلاحيتها

ويحسن التصميم المرتكز على الإنسان نوعية البيانات المجمعة، حيث تُوضع أجهزة الاستشعار حيث تهم وتجمع المعلومات التي يحتاجها المستخدمون فعلا، ويمكن تجاهل جهاز الاستشعار الذي يُصمم بطريقة سيئة أو تخريبه أو وضعه في موقع دون المستوى الأمثل، وعلى النقيض من ذلك، يكفل الاشتراك مع أعضاء المجتمع المحلي تركيب أجهزة الاستشعار في المناطق ذات الأثر العالي، وأن تكون نتائج جمع البيانات متطابقة مع احتياجات صنع القرار التي يُفسرها المستخدم،

تحسين الثقة العامة والشفافية

ومن أكبر الحواجز التي تحول دون تبني المدن الذكية التشكيك العام في جمع البيانات، ويقلق السكان بشأن المراقبة، وخرق البيانات، وإساءة استعمال المعلومات الشخصية، ويعالج التصميم الذي يركز على الإنسان هذه الشواغل مباشرة بجعل الخصوصية سمة أساسية، وليس فكرة بعد ذلك.

الكفاءة في التكاليف

وفي حين أن البيوتادايين السداسي الكلور قد يتطلب استثماراً أولياً في بحوث المستخدمين وفي وضع النماذج الأولية المتكررة، فإنه يقلل من التكاليف الطويلة الأجل، كما أن الأجهزة الصديقة للمستعملين تتطلب قدراً أقل من التدريب لموظفي المدينة والمقيمين، وانخفاض الصيانة لأن المشغلين فهموا كيفية معالجة المشاكل، وانخفاض قيمة المبالغ التي تم الاستغناء عنها بسبب المشاكل التي تم الإمساك بها في وقت مبكر، كما أن معدلات التبني المرتفعة تعني أن شبكة الاستشعار تستخدم بالفعل، مما أدى إلى زيادة العائد على الاستثمار مقارنة بنسبة 40 في المائة.

التحديات التي تواجه تنفيذ التصميم البشري - المركزي لمستشعري المدن الذكية

وعلى الرغم من فوائده الواضحة، فإن تطبيق اتفاقية مكافحة التصحر على تنمية أجهزة الاستشعار ليس بدون عقبات، ويجب الاعتراف بهذه التحديات ومواجهتها من أجل تحقيق إمكانات المدن الذكية التي يقطنها الإنسان على نحو كامل.

الموازنة بين القيود التقنية واحتياجات المستعملين

وكثيرا ما يواجه المهندسون المبادلات بين الدقة في الاستشعار، وحياة البطارية، والتكاليف، وخبرة المستعملين، فعلى سبيل المثال، قد يكون جهاز استشعار عالي الدقة في نوعية الهواء مسوّغا ومكلفة، ويتطلب معايرة متكررة - وكلها تتعارض مع الرغبة في استخدام جهاز صغير منخفض الصيانة وميسورة التكلفة، ولا يتجاهل التواؤم الحقائق التقنية، بل يرغم الأفرقة على إعطاء الأولوية استنادا إلى تأثير المستعملين.

الخصوصية والاهتمامات الأخلاقية

ويثير جمع البيانات في جوهره مسائل تتعلق بالخصوصية، لا سيما عندما يمكن للمستشعرات أن تلتقط الصور أو الصوت أو الحركة، ويجب أن يؤدي التصميم الذي يركز على الإنسان إلى خط رفيع بين جمع البيانات الكافية لكي تكون مفيدة واحترام خصوصية الفرد، كما أن الأساليب التقنية مثل تحديد الهوية الشخصية، وتقليص البيانات في المصدر، وتقليص الاحتفاظ بالبيانات، وتوفير آليات شفافة للاختيار - هي أمور أساسية.

إشراك المجتمعات المحلية من المناطق المتخلفة ومن المناطق التي يصعب الوصول إليها

ويتطلب النهج الفعال للتطور الاجتماعي مشاركة شاملة، ولكن من الصعب في كثير من الأحيان إشراك الفئات المهمشة مثل السكان ذوي الدخل المنخفض، أو المتحدثين غير الانكليزية، أو الأفراد غير المسكنين، وقد تكون هذه المجتمعات المحلية محدودة الوصول إلى الأدوات الرقمية، أو قد تكون غير واثقة من المبادرات الحكومية، أو قد لا يكون لديها الوقت أو الموارد اللازمة لحضور حلقات العمل، وللتغلب على ذلك، يجب على المدن أن تستخدم التوعية المستهدفة، وتوفر الحوافز، وتستخدم أساليب مناسبة ثقافياً مثل شبكات الاتصال المجتمعية، أو المقابلات بين الباب والأماكن.

تصعيد من الطيار إلى الانتشار على مستوى المدينة

وقد تنجح أجهزة استشعار عديدة ذكية في المدينة في عملية تجريبية صغيرة ولكنها تفشل عندما تُحدَّد، وكثيراً ما تتطرق الأسباب إلى العوامل الإنسانية: فالجهاز الاستشعاري الذي يعمل جيداً في حي ما قد لا يلائم السياق الثقافي أو المادي الآخر، وعلى سبيل المثال، فإن جهاز استشعار مواقف السيارات الذي يتطلب تطبيق نظام هاتف ذكي قد يكون غير فعال في المناطق التي تخترق فيها الهواتف الذكية المنخفضة، ويستلزم أيضاً اتباع نهج تصميم نظام نموذجي يسمح بالتكييف المحلي، فضلاً عن الوقت المجتمعي.

الاتجاهات المستقبلية: التصميم المشارك والتكنولوجيات الناشئة

ومستقبل تطوير أجهزة الاستشعار في المدن الذكية يكمن في تعميق النهج القائم على الإنسان من خلال التصميم التشاركي، والتشارك في الخلق، وإدماج التكنولوجيات الناشئة التي تمكن السكان بدلا من مجرد رصدهم.

التصميم المشارك والتشارك في العمل

ويتخذ التصميم التشاركي خطوة أخرى من خلال إشراك أعضاء المجتمع المحلي كشركاء نشطين في عملية التصميم وصنع القرار، ليس فقط كموضوعات بحثية، وبدأت المدن في إنشاء " مختبرات حي " حيث يمكن للمقيمين اختبار أجهزة الاستشعار وتعديلها في منازلهم وأماكنهم العامة، وعلى سبيل المثال، فإن نهج " FLT:0 " " للمدن الذكية البشرية يساعد في وضع حلقات عمل عنيفة في أوروبا.

EDge Computing and Real-time Feedback

ويمكن للتقدم في الحوسبة الحادة أن يتيح للمستشعرات معالجة البيانات محلياً وأن تقدم ردود فعل فورية دون الاعتماد على الربط السحابي، وهذا أمر له قيمة خاصة بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب قدراً منخفضاً من المرونة، مثلاً، جهاز استشعار ذكي للممرات يجب أن يكشف فوراً عن ملامح المشاة وتنشط الأضواء، كما أن حساب الحوسبة يعزز الخصوصية عن طريق الاحتفاظ ببيانات حساسة على الجهاز.

إدماج مبادئ التصميم العالمي

ومن الطبيعي أن يكون تصميم مراكز الإنسان متسقا مع المنتجات الشاملة التي يستغلها الجميع، إلى أقصى حد ممكن، دون الحاجة إلى التكيف، وهذا يعني بالنسبة للمستشعرين الذكيين في المدن، ضمان أن تكون الوصلات البينية متعددة الوسائط (البصرية، مراجعة الحسابات، الصفة)، وأن تكون المرتفعات والمواقع المتصاعدة متاحة لمستخدمي الكراسي المتحركة، وأن تستوعب الصور المصورة للبيانات مدى مرونة الصبغة، وتدني مستوى الإلمام بالقراءة والكتابة.

الاستنتاج: وضع الناس أولا في ثورة مدينة الذكاء

إن تطوير أجهزة استشعار المدن الذكية وجمع البيانات ليس مجرد مشروع تقني بل هو مشروع اجتماعي، كما أن التكنولوجيا التي تسكن شوارعنا ومتنزهاتنا ومبانينا ستشكل كيف نتحرك ونتفاعل ونعيش لأجيال، وإذا ما وضعنا هذه النظم دون فهم عميق للاحتياجات البشرية، فإننا نخاطر بإيجاد أدوات يتم تجاهلها أو عدم الثقة بها أو المقاومة بنشاط، كما أن تصميمها على أساس إنساني يتيح مساراً ثابتاً ومهيكلاً لتجنب هذه النتيجة.

ومع استمرار نمو سكان الحضر وتسريع التكنولوجيا، ستكون المدن التي تنجح هي التي تتذكر أهم أجهزة الاستشعار للجميع: الإنسان في صميم كل قرار، وبجعل تصميم التخلف الإنساني، وليس الاستثناء، يمكننا أن نضمن أن يصبح مستشعرو المدن الذكية أدوات حية لعيش أفضل بدلا من أن يصبحوا مراقبين صامتين من أعلى درجة.