السلف في أساليب التوثيق البيولوجي للأجهزة القابلة للزراعة

التعريف بالتوثيق البيولوجي في القابلات للزراعة

وقد انتقلت الأجهزة القابلة للزراعة من الأدوات المتخصصة إلى الأدوات الأساسية للرصد الصحي، والاتصال، والإنتاجية، أما البرمجيات الذكية، وفرق اللياقة، والنظارات الذكية، وحتى الخواتم الذكية، فهي الآن تجمع وتجهز بيانات شخصية حساسة من طريات القلب وأنماط النوم إلى تاريخ الموقع وتفاصيل المعاملات المالية، وبما أن هذه الأجهزة تصبح أكثر قدرة، فإن أمن البيانات التي تحملها يزداد حرجاً.

ويجب أن تصطدم أساليب القياس البيولوجي للأجهزة القابلة للارتداء بالقيود التي لا تُستخدم فيها أجهزة الحاسوب المكتبي ونظم الهواتف الذكية، فالأجهزة القابلة للزراعة لها قدرة محدودة على التجهيز، وحياة البطارية، والحيز المادي، ويجب أن تعمل بشكل موثوق في مجموعة متنوعة من ظروف الإضاءة، وولايات الحركة، والسيناريات المتعلقة بالاتصال بالجلد، وقد بدأت الابتكارات على مدى السنوات الثلاث الماضية في حل هذه التحديات، وفتح الباب أمام اعتماد الأمن البيولوجي على نطاق واسع على المعصم والأذن وحتى داخل الجسم.

الطرائق الأساسية للمقاييس الحيوية المعتمدة للقابلات المرتجلة

ولفهم أوجه التقدم، يساعد على إجراء أول دراسة استقصائية للطرائق الأولية للمقاييس الحيوية التي تم تكييفها بنجاح مع عوامل الشكل القابلة للارتداء، وكل طريقة تعرض مبادلات فريدة بين الأمن والملاءمة ومتطلبات المعدات.

مسحة البصمات

وقد تقلصت أجهزة الاستشعار البصمات البصمات بشكل كبير، إذ أن أجهزة الاستشعار الحديثة ذات الطابع الأسري والبصري صغيرة بما يكفي لتلائم تاج الواتش الذكي أو الزر الجانبي، وأجهزة الاستشعار ذات الصبغة البيضاء، وبعض نماذج الغاريمين التي تحتوي على قراء بصمات الأصابع التي تسمح بتسديدها وتلقيها، وأجهزة الاستشعار البصمة فوق الصوتية التي تدار بواسطة أجهزة مراقبة شبه ثابتة.

التعرف على الوجوه

وقد تم تكييف التعرف على الوجه الذي يُعرف بالأشعة تحت الحمراء، على غرار بطاقة تعريف الوجه في آبل، من أجل النظارات الذكية والعرضات التي تُرفع رأساً، والتحدي هو استهلاك الطاقة: إسقاط وتحليل شبكة من بطاريات النفثالينات الدولية بسرعة، وقد قامت أجهزة الاستشعار الجديدة القائمة على الأحداث بتسجيل التغيرات في استخدام الطاقة الكهربائية في ضوء بدلاً من الأطر الكاملة - مع الاحتفاظ بوثائق دقيقة عن طريق مسح البراءات الاختراع.

الصوت

إن القياسات الحيوية الصوتية طبيعية بالنسبة لأجهزة الفرز الدائم مثل مسامير الأذن الذكية والسمعية، فالشبكات العصبية العميقة تقوم الآن بالتحقق من المتكلّم المعتمد على النصوص، مما يعني أن المستخدم لا يحتاج إلى التعبير عن عبارة محددة، وأن أجهزة التيتان التي تستخدمها غوغل وأجهزة التلقيم المتطورة التي تستخدمها إدارة المخاطر في معالجة الصوتيات المخففة، والقضاء على المجازفات السحابية التي تنطوي على مخاطر التساهل والخصوصية.

Heartbeat and Electrocardiogram (ECG)

وتستخدم القياسات الحيوية المستندة إلى القلب التوقيع الكهربائي الفريد لدورة القلب الفردي، ويظهر شكل موجة الجماعة الأوروبية، وفترات، وكميات مختلفة، ويصعب تكرارها، كما أن أجهزة مراقبة التطبيق والرسومات ذات أجهزة الاستشعار التابعة لجماعات الجماعة الأوروبية تدعم الآن التوثيق السلبي من خلال التحقق المستمر من نمط نبضات القلب، ونظرا لأن إشارات القلب ترتفع وتتغير، فإنها تقاوم تسجيلات الوصلات الضوئية في الجامعة.

قياسات بيولوجية السلوك

ويمكن أن تحلل القياسات الحيوية السلوكية كيف يتفاعل الشخص مع نمط السحب من الأجهزة، وديناميات السحب، ورسم النسق، حتى الطريقة التي يصفون بها معصمهم، وتُجمع هذه الصفات بشكل سلبي ومستمر، مما يتيح التوثيق الذي لا يتطلب أبداً إجراءً صريحاً من جانب المستخدمين، وقد بدأت معايير تحالف القوى الديمقراطية في إدراج إشارات سلوكية لخطوات التوثيق التدريجية بنسبة 96.3 في المائة.

التبني في الآونة الأخيرة

وقد عجلت عدة عمليات انجاز تكنولوجية في نشر هذه القياسات الحيوية في المواد القابلة للارتداء، وهي التطورات الأكثر تأثيرا.

الارتجال البيولوجي المتعدد الوسائط

لا يوجد قياس أحيائي واحد مثالي، ويمكن أن تحجب البصمات عن طريق التراب أو الرطوبة؛ ويمكن أن يكون الصوت مبعثراً؛ ويمكن إخفاء الوجه، وتجمع النظم المتعددة الوسائط بين صيغتين أو أكثر للتعويض عن نقاط الضعف الفردية، فمثلاً يمكن للمراقبة الذكية أن تحقق في وقت واحد من البصمات ومعدل القلب أو الصقور، ويحدث الدمج على مستوى السمات (الثابتة) أو مستوى القرار (الثابتة: 203).

ويتطلب الاندماج في المستقبل أجهزة قوية ولكن فعالة لتسريع الشبكة العصبية، أما مجهزي أرم إيثيوس - أو - أو - أو - أو - أوغول - فيشملان الآن معدات مخصصة لدمج أجهزة الاستشعار، مما يخفف الفجوة بين البحوث والمنتجات الاستهلاكية، ونتيجة لذلك، التوثيق الذي يعمل حتى عندما يتعرض أحد أجهزة الاستشعار للخطر أو لعرقلة.

حساسية التنويم الطفولي والدرجة المتقدمة في المنهاج

وقد تقلصت أجهزة الاستشعار عن طريق القياس الحيوي دون التضحية بالأداء، فعلى سبيل المثال، فإن آخر أجهزة استشعار البصمات من المصابيح المتحركة هي 3.2 ملم فقط x 4.5 ملم، مما يسمح بوضع كومة من سلة المراقبة، وتشمل أجهزة استشعار القلب الضوئية من طراز OSRAM الآن أجهزة مدمجة خضراء وحمراء ومزودة بأجهزة استنشاق ذات طابع غير مسموم، إلى جانب جهاز تصويري في مجموعة واحدة من أجهزة الاستن تعمل بمقياس للضغط 5.5 ملم.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن المواد الجديدة مثل نترات غالويوم (GaN) تتيح أجهزة تصوير أسرع وأكثر حساسية لقياسات PPG وECG، وتدمج الآن أشرطة قابلة للزراعة من شركات مثل موصلات السامورة وأجهزة التتبع الآلي (SMicroelectronics) مجموعات تجهيزات القياس الحيوي مباشرة في النظام على الشُعب، مما يقلل من الحاجة إلى أجهزة معالجة مستقلة، وهذا الدمج يحرر حيزا إضافيا للبطاريات الأكبر حجما.

الاستخبارات الفنية والتعلم العميق لأغراض التواؤم البيولوجي

وقد أدى التعلُّم الماكني إلى إحداث ثورة في استخراج ومطابقة السمات البيولوجية، واستُخدمت الشبكات العصبية الثورية في استخراج البصمات من البصمات واكتشاف علامات الوجوه، ولم تُكيَّف المترجمون المصممون أصلاً لتجهيز اللغات الطبيعية إلا من أجل قياسات قياسية ذاتية في السلسلة الزمنية مثل المرارة وبطولة القلب.

كما أن منظمة العفو الدولية تتيح الكشف عن الكبد لمنع التقلبات، وبدلاً من مجرد التحقق من ما إذا كان نمط البصمات مطابقاً، فإن النظام يحلل توزيع الشعر العرق، وتشوه الجلد، والنبض من الإصبع، ويمكن استخدام شبكات الخصم المجهرية عند التحلل لتقدير معدل التوحيد الاصطناعي لشبكة رصد النباتات الشعبية المشروعة، بل ومقارنة ذلك المعدل بشبكة التزييف العالية.

التوثيق المستمر والمتسم بالعاطفة

إن نظام القياس الحيوي الأكثر سهولة للمستعمل هو نظام لا يلاحظه المستخدم، ويستخدم التوثيق المستمر مجرى الاستشعار من جهاز غير مقفل لإعادة التحقق بصورة دورية من هوية المرتدي، وإذا لم يعد نمط القياس الحيوي مطابقاً، مثلاً، فإن المراقبة قد تُزال أو تغيرات الشاشة المشية تغلق نفسها بشكل مفاجئ، وهذا النهج له قيمة خاصة بالنسبة لقوائم الجرد المشتركة للمرضى الذين يرتدون في مؤسسات الرعاية الصحية أو في حالة المستودع.

وأظهرت البحوث التي أجراها مختبر الحاسوب التابع لجامعة كامبريدج أن نظام التوثيق المستمر يجمع بين بيانات التسارع المرتدى بالرسغ وديناميات اللمس يمكن أن يحافظ على جهاز آمن بـ 95 في المائة من الثقة بعد 3 ثوان فقط من عدم الاتساق، ويستخدم النظام عتبة تكيفية تشد الجلسات الطويلة، بحيث يمسك المعتدي ساعة بعد توقف العزل مباشرة، بينما لا تقطع التجارب المشروعة للمستعملين عندما يضبط لفترة وجيزة.

الفوائد العملية وتحسين خبرة المستعملين

وتترجم هذه التطورات التقنية إلى فوائد ملموسة للمستعملين النهائيين والمنظمات التي تنشر مواد قابلة للزراعة على نطاق واسع.

زيادة الأمن مع الخلاصات الحيوانية

ويقضي التوثيق البيولوجي على أضعف صلة في مجال الأمن: الذاكرة البشرية، فالعمال في البيئات الخاضعة للمراقبة - مثل المصانع أو المستشفيات - التي كثيرا ما تكون غير قابلة للتحلل من أجل توفير الوقت، فالمقاييس الحيوية المطبقة من خلال صنبور بسيط (بصمة) أو لمحة (الاعتراف الوجوه) توفر حاجزا يقترب من سرعة عدم وجود قفل على الإطلاق.

الحفاظ على الخصوصية من خلال عملية التحقق

وتقضي أفضل الممارسات الحديثة بأن نماذج القياس البيولوجي لا ينبغي أن تترك الجهاز أبداً، وتقتضي هذه النماذج الحساسية من نظام التكتان، وأجهزة التكتل في شركة Apple ' s Secure Enclave, Samsung ' s Knox, و ' s Titan ' ' ، جميع البيانات المستمدة من نظام التوحيد القياسي البيولوجي المطابقة مع الوحدات المعزولة للمعدات.

إن المتغيرات التي تستخدم المقاييس الحيوية السلوكية المستمرة تمثل تحديا فريدا في الخصوصية: فالنظام يشاهد دائما، ومن أجل التصدي لذلك، يدعو بعض الباحثين إلى الخصوصية التفضيلية في المستقبل، حيث يتم تدريب نموذج القياس الحيوي على الضوضاء التي تمنع إعادة بناء البيانات الأصلية، وقد أظهرت ورقة من معهد ماكس بلانك للأمن والخصوصية أن إضافة ضوضاء معيرة بعناية إلى سمات قياسية تقلل من قابلية تحديد الهوية بنسبة 90 في المائة، في الوقت الذي لا يزال يتيح فيه التوثة.

إمكانية الوصول إلى الخدمات وشموليتها

كما يمكن أن تؤدي المقاييس الحيوية إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على الأمن للأشخاص الذين يكافحون مع الأساليب التقليدية، وقد يجد كبار المستخدمين أو الذين يعانون من إعاقة في المحرك صعوبة في إدخال كلمات السر المعقدة، ويزيل الصوت وأجهزة القياس الأحيائي التي لا تلمسها هذا الحاجز، ويتيح للأفراد الذين يعانون من إعاقة في الكلام أو تحليل السلوك أو التوثيق القلبي بديلا لا يعتمد على القدرة الشفوية، ويضع المصانعون على نحو متزايد نظما متعددة الوسائط تتيح استخداما لأفضل.

التحديات المتبقية والمحاصرات

ورغم التقدم السريع، فإن عقبات كبيرة تحول دون نشر التوثيق البيولوجي عالميا في المواد القابلة للارتداء.

Environmental Variability and Sensor Robustness

تغيرت إشارات القياس البيولوجي مع السياق: فرطوبة الزنابق، والضوء المحيط، ودرجات الحرارة، والنشاط البدني تؤثر جميعها على قراءات الاستشعار. ويمكن تشويه إشارات الغازات العضوية الأوروبية بالحركة اليدوية أثناء الممارسة؛ ويفشل الاعتراف بالوجه عندما يرتدي المستخدم نظارات شمسية أو قناعا؛ ويتراجع الاعتراف الصوتي في الظروف الصناعية غير المستقرة.

شن هجمات على المظاهرات والهجمات على المناصرين

١-١ مع تزايد شيوع المقاييس الحيوية، يقوم المهاجمون بتطوير تقنيات متطورة للاختراق، إذ أن العينات الصوتية المسجلة والصور المطبوعة للوجه وبصمات الأصابع المغلفة تستخدم جميعها لتجاوز النظم المبكرة، كما أن اكتشاف الكسب غير المرخص به هو سباق تسلح، وقد أظهرت مظاهرة للقلب الأسود في عام ٢٠٢٣ أن القناع العادم مع الكهروديس المحتوي على كهرباء يمكن أن يخدع بجهاز للكشف عن الارتداء من قبل استخدامه.

Battery Life and Thermal Management

ويستهلك نظام التدقيق البيولوجي المستمر الطاقة، ففي حين أن وحدات المعالجة العصبية المخصصة أكثر كفاءة من وحدات الاستهلاك المكلورة للأغراض العامة، فإن تشغيل نظام قياسي أحيائي كل بضع ثوان لا يزال يستنفد بطارية ذات قدرة ثابتة تبلغ 250 متراً، أي بنسبة 15-20 في المائة على مدى يوم واحد، ولا تزال رقائق الطاقة الكهربائية الجديدة مثل سلسلة أمبيك أبولو 4 تستخدم تطابقاً مستمراً مع حجم الترددات.

قبول المستعمل والثقة

ولا يزال بعض المستعملين غير مرتاحين لجمع البيانات البيولوجية، ويخشىون من أن تكون أكثر صفاتهم الشخصية مسروقة أو مسربة أو تستخدم للمراقبة، كما أن الانتهاكات الكبيرة لقواعد البيانات ذات القياس الحيوي في النظم الحكومية ونظم الشركات قد أديا إلى تأجيج هذا الارتباك، ويجب على المصنعين ذوي الأصول المستقرة أن يستثمروا في سياسات شفافة للخصوصية، وفي معدات آمنة، وفي تثقيف المستعملين.

المستقبل

وتعود السنوات الخمس المقبلة بتحسينات هائلة في القياسات الحيوية القابلة للارتداء، مدفوعة ببحوث متعددة التخصصات في علوم المواد، وأجهزة الاستعلام، والتفاعل بين الحواسيب البشرية.

المقاييس الحيوية بين الأوجه

ويمكن أن تلتقط أجهزة التلقيح المغناطيسي والسمع أنماطاً من موجات الدماغ تكون فردية للغاية، وفي حين أن التوثيق القائم على أساس التخصيب قد أظهر إمكانية لغير التكرار اليدوي والمعرفي، فقد أثبت الباحثون في جامعة التكنولوجيا أن هناك نظاماً يصادق على مستخدم من خلال قياس ردهم على الشعار البصري المحدد (وهو ما يمثل احتمالاً أقل من 94 في المائة).

الاستخبارات الفنية التي تعلم مع المستعمل

فالنظم الحالية للمقاييس الحيوية ثابتة: فالنموذج المتدرب لا يتغير بعد النشر، وسوف تتكيف النظم المقبلة باستمرار مع التغيرات التدريجية في مظهر المستخدم، أو الصوت بسبب الشيخوخة، أو الغياب بسبب الإصابة، ويجب أن يخضع هذا التعلّم التكيّفي بعناية لمنع حدوث انجرافات عكسية - حيث يقوم المعتدي بتدريب النظام ببطء لقبول مقياسه البيولوجي.

Multisensory Authentication for Context-Aware Security

فالأكثر أمناً لن يعتمد على القياسات البيولوجية فحسب، بل سيجمعها مع المكعبات السياقية: الموقع، الصوت المحيط، القرب من جهاز موثوق به، أو وقت النهار، مثلاً، فإن وجود مرصد ذكي يقع في منزل المستخدم ويرتبط بمفهوم الهاتف المعروف قد يقلل من حدود التوثيق، في حين أن جهازاً في موقع غير مألوف يتطلب التحقق من القياس البيولوجي المتعدد الوسائط، ويسمى أحياناً " المقياس المقياس الاستئماني " .

بيانات القياس البيولوجي كهوية رقمية

ويمكن أن تصبح القياسات الحيوية من المواد القابلة للارتداء، في المستقبل، الأساس الذي تقوم عليه هوية رقمية محمولة تعمل عبر الخدمات والمنصات، وبدلا من إدخال كلمة سر على حاسوب محمول، يمكن للمستعمل أن يوثق من خلال استخدام مرصده الذكي أو حتى بالقرب من الحاسوب المحمول، مع وجود مثقفين يتأكدون من صوتهم ومن نبضات القلب، والجهود المبذولة لتوحيد المقاييس مثل " جهاز التوحيد القياسي " (WebAuthn)

خاتمة

إن مجال التوثيق البيولوجي للأجهزة القابلة للارتداء يمضي قدماً بوتيرة غير عادية، إذ أن أجهزة الاستشعار المصغرة غير المرئية، وأجهزة الاستنشاق المتعددة الوسائط، قد حلت العديد من التحديات الأساسية التي تكتنف، بمجرد أن تحصر القياسات البيولوجية في الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة، وتظل التوثيق المستمر باستخدام السمات السلوكية والفيزيائية توفر الآن الأمان الذي يكون أقوى وأقل تدخلاً من النظم التقليدية للأجهزة أو الأنماط.

For more authoritative reading, consult the NIST IR 8508: Biometric Authentication for Wearable Devices], the ]FIDO Biometric specification], and the ISO/IEC 24745 standard on biometric information protection]