Технологии домашней автоматизации занимают умы инженеров и фантастов полторы сотни лет. Сегодня мы поговорим о том как электрические приборы стали неотъемлемой частью нашего быта и как менялся механизм управления ими.
Чтобы создать полноценный «умный дом» необходимо ответить на три вопроса: чем управлять, как управлять и как задавать правила управления.
Чем управлять
Первым прибором созданным для автоматизации работ по дому стала механическая щётка «Вихрь». Чикагский инженер Айвз МакГаффи представил её на суд публики в июне 1869 года. У прибора не было двигателя — щётку и вакуумный насос приходилось вращать вручную, зато устройство получилось лёгким и компактным. В том же году «Вихрем» заинтересовалась компания American Carpet Cleaning, пылесос начали производить серийно. Несмотря на огромную цену — устройство продавали за 25 долларов, сейчас это соответствует 500 — пылесос пользовался популярностью в богатых домах Чикаго и Бостона.
Более 30 лет МакГаффи работает над совершенствованием конструкции, экспериментирует с поршнями и насосами, пробует заменить ручной привод доступными моторами и к 1900 приходит к идее использовать электрический двигатель.
Увы, он опоздал, к тому моменту домашние пылесосы уже производились в Сент-Луисе. Первые модели Джона Турмана сложно назвать компактными — вакуумные насосы, которые приводились в действие бензиновыми двигателями, едва помещались в грузовую телегу.
Эти устройства предназначались для клининговых компаний. Высокотехнологичная уборка стоила около 4 долларов и превращалась в настоящее шоу: пылесос оставляли снаружи дома, а в комнаты тянули длинные — до 30 метров — шланги. Похожие конструкции появляются и в Европе, например знаменитый «Фырчащий Билли» Хьюберта Бутта используют для подготовки Вестминстерского аббатства к коронации Эдуарда VII в 1902 году.
Но в это время Турман работает уже над более доступным устройством. И в первые годы XX века на рынке появляется компактный пылесос, который работает от электричества.
Новая модель Турмана размещается на компактной тележке, её можно перевозить одной рукой. Для работы пылесос необходимо включить в розетку или подключить к патрону электрической лампочки.
Электрический пылесос стал первой ласточкой домашней автоматизации. Уже в 1908 году появляется Тор, первая стиральная машина с электроприводом.
В 1908 году немецкая компания AEG выпускает первую серийную электрическую плиту, а годом позже General Electric представляет первый долговечный тостер — с нагревательными элементами из нихромовой нити.
Конечно первые приборы не отличались практичностью — на плиту нельзя было ставить посуду без специальных подставок, а тостер поджаривал хлеб только с одной стороны, — но именно они открыли дорогу домашней автоматизации.
Впервые же слова «автоматизированный дом» прозвучали в 1933 году на Всемирной выставке. Мероприятие, приуроченное к столетнему юбилею Чикаго, декларирует направления развития Америки на ближайшие десятилетия: вера в гуманистические идеалы, подорванная Первой Мировой и Великой Депрессией, уступила место вере в технический прогресс. Негласным девизом выставки становятся слова: «наука находит, промышленность претворяет в жизнь, человек приспосабливается».
Ажиотаж вызывает экспозиция «домов будущего». На площадке представлены передовые проекты: с широким применением железобетонных и стальных конструкций, огромными окнами, плоскими крышами, встроенными гаражами и даже вертолётными площадками.
Внутри дома обставлены футуристичной мебелью и напичканы электрическими приборами — плитами, кондиционерами, холодильниками и посудомоечными машинами. В статье «Популярной механики» описывается концепция таких домов: «Дом будущего будет строиться вокруг электрических сетей и бытовых электроприборов. Электрические цепи могут применяться для управления температурой помещений и временем приготовления пищи. Нет препятствий тому, что эти системы и прочие бытовые приборы не могли бы управляться удаленно — из любой комнаты в доме».Но инженеры смотрят в будущее и говорят о новом этапе домашней автоматизации — появлении хозяйственных роботов.
Именно на выставке в Чикаго публике представляют Альфу. Тысячекилограммовое детище Гарри Меема понимает простые голосовые команды, отвечает на вопросы, умеет двигать руками и стрелять из револьвера, но пока не способен помочь с домашней работой.
Робот становится феноменом популярной культуры — человекоподобные железные конструкции появляются на страницах романов и комиксов, завоёвывают киноэкран и превращаются в один из символов американского светлого будущего.
По мнению разработчиков, роботам предстоит вооружится уже ставшими привычными пылесосами, утюгами и дрелями. Роботы будут действовать ими как обычные люди, поэтому никаких дополнительных элементов управления им не потребуется.
Поэтому основные бюджеты выделяются на разработку человекоподобных конструкций. В рекламных целях появлялись смелые, странные, а порой и откровенно нелепые конструкции.
Но жизнь опровергает смелые мечты — прототипы остались рекламными образцами, а антропоморфные роботы до сих пор не переросли уровень дорогих игрушек. Домашняя автоматизация пошла совсем по иному пути.
В декабре 1950 года всё в той же «Популярной механике» выходит статья о самодельной автоматизации загородного дома. Инженер из Мичигана самостоятельно создал то, что намного позже назовут «умным домом».
Матиас не стал терять время на попытки соорудить очередного робота. Он решил связать разные электрические приборы с центральным пультом управления.
Поэтому в доме Матиаса вместо будильника используется радиоприёмник — он включается по сигналу электромеханических часов. Затем электричество подаётся на тостер и электрический чайник, так готовится нехитрый завтрак.
В гардеробной стоят концевые выключатели, которые отвечают за подсветку зеркал. Подсветка крыльца связана с дверным звонком и термореле: стоит нажать кнопку звонка — свет загорится, а через несколько минут, когда лампочка нагреется, погаснет. Этого должно хватить, чтобы встретить гостей или найти ключи.
За окнами и дверьми следит охранная система, которая умеет включаться без лишних напоминаний, а, когда хозяев нет дома, имитирует обычную жизнь — включает радио и телевизор, зажигает и гасит свет в разных комнатах.
Окна и занавески управляются с отдельных пультов и работают в автоматическом режиме: занавески раздвигаются по расписанию, а окна открываются и закрываются по сигналам термодатчика и датчиков дождя.
Такому функционалу позавидуют и многие современные системы «умного дома». Вот только в доме Матисса не было ни кусочка кремния — вся логика была реализована с помощью сложной системы реле и пары километров проводов.
С помощью коммутации базовых элементов — датчиков и реле — Маркусу удалось реализовать сложные сценарии работы простых устройств. Система могла в определённый день включить тостер или радио, проветрить помещение или закрыть окна во время дождя, но сложные действия — например, включить телевизор на определённый канал — пока оставалось нереальной задачей.
Как управлять
«Дом с кнопками» стал первой ласточкой. В Америке настоящий бум DIY, поэтому в каждом штате появляются свои электрические дома. Не отстают и крупные фирмы, а в 1957 году «дом будущего» открывают даже в главном развлекательном парке Америки — Диснейленде.
Футуристичное строение, построенное компанией Монсанто и Масачусетским Технологическим институтом, напичкано современной техникой: на кухне демонстрируются компактные микроволновка и посудомоечная машина, в спальне — отдельный кондиционер и огромный телевизор. Именно с телевизором связана ещё одна новинка, без которой сейчас невозможно представить повседневную жизнь. Речь о беспроводном пульте дистанционного управления.
Дистанционное управление впервые применил ещё Никола Тесла: в 1989 году он показывал катера, которые реагировали на команды посетителей выставки, но на самом деле инженер сам управлял движением моделей с помощью радиопульта.
Изобретение заинтересовало военных — с беспилотными самолётами, катерами и танками экспериментировали в США, Германии, Англии, Японии и СССР.
В мирную жизнь дистанционное управление пришло намного позже. Первой ласточкой стал Zenith Flash-Matic. Сам пульт был предельно простым — обыкновенный фонарик. за управление телевизором отвечали четыре фотодатчика по углам экрана. Верхняя пара датчиков отвечали за переключение каналов, нижняя — включала и выключала картинку и звук.
Устройство пользуются бешеной популярностью, но при этом не отличалось надёжностью: яркий свет с улицы и комнатное освещение часто вызывали ложные срабатывания фотоприёмников да и батарейки садятся в самый неподходящий момент. Поэтому Роберт Адлер, другой инженер компании Zenith, решает изменить конструкцию пульта. Он избавляется от батареек и любой электрики. Пульт Адлера передаёт команды ультразвуком.
Кнопки нового пульта бьют по алюминиевым пластинкам, те начинают вибрировать и издавать высокочастотные звуки. Приёмник в телевизоре распознаёт команду и переключает канал, звук или регулирует яркость картинки.
Ультразвуковые пульты дистанционного управления продержались до восьмидесятых, когда им на смену пришли инфракрасные устройства. Возвращение к схеме с электроникой и батарейками была вынужденной мерой: четырёх кнопок стало не хватать. Во-первых каналов с каждым днём становилось всё больше и больше, во-вторых Британская Радиовещательная Корпорация добавила к эфирным каналом систему телетекста. Для управления новыми телевизорами понадобилось гораздо больше кнопок.
Новые инфракрасные пульты пришлись по душе не только производителям телевизоров — за считанные годы ими обзавелись музыкальные проигрыватели, видеомагнитофоны и кондиционеры. Пультов стало так много, что соучредитель и главный технический визионер Apple Стив Возняк создал отдельную компанию. Основной задачей CL 9 стала разработка универсального инфракрасного пульта.
Осенью 1987 года Стив представил основной модуль новой системы — Core. В памяти устройства была зашита база команд разных производителей бытовой техники, кроме того устройство можно было обучить имитировать любые ИК-пульты. В Core встроен таймер и с помощью компьютера можно было программировать целые сценарии работы: «включить в воскресный полдень телевизор, преключить спутниковый приёмник на 6 канал, ввести пароль для платного доступа, усилить звук до 30 процентов и запустить видеомагнитофон на запись» — такая программа занимала буквально пару строк строк.
Вот только заинтересовало всё это только нескольких компьютерных гиков. Устройство оказалось слишком сложным для простых обывателей да и компьютеры в конце восьмидесятых были далеко не в каждой семье.
Возняк опередил время, сейчас подобная идея снова вернулась в концепцию простых «умных домов» — инфракрасные хабы для управления бытовой техникой выпускают сразу несколько известных производителей электроники.
А история домашних систем управления сделала ещё один шаг к истокам, сложные современные пульты вернулись к использованию радиоканалов. Только теперь в эфир передаются не простые команды, а сложные сообщения — по собственным протоколам связи (такие применяют в охранных системах, радиореле и противоугонных сигнализациях) или через стандартные радиосети — bluetooth, WiFi или NFC.
За полторы сотни лет бытовая техника обзавелась электромоторами и сложными системами управления. Роботы-пылесосы научились следить за чистотой в квартире, хотя они отнюдь не похожи на фантазии инженеров тридцатых годов.
Изменились представления об «умном доме» — домашняя автоматика перестала быть изолированной системой, приборы научились обмениваться данными по сети и влиять на поведение друг друга. Поэтому во второй части статьи я расскажу о том, как развивался электронный мозг умного дома. Мы начнём с простых механических систем, поговорим о баллистических вычислителях, а в третьей — узнаем возможности первой кухонной ЭВМ и обсудим первый в истории «умный дом».
