فناوری های نوظهور در علوم کامپیوتر

رشته علوم کامپیوتر با سرعتی باورنکردنی با نوآوری های مداوم و پیشرفت های تکنولوژیکی جدید پیش می رود. همانطور که به سمت قرن بیست و یکم پیش می رویم، فناوری های جدید هیجان انگیز مختلفی با پتانسیل تحول آفرین ظهور کرده اند.

در این راهنمای جامع، 9 مورد از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های نوظهور در علوم رایانه و تأثیرات گسترده آنها را بررسی می‌کنیم.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی

هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) برخی از دگرگون‌کننده‌ترین نیروهایی هستند که آینده علم کامپیوتر را شکل می‌دهند.

هوش مصنوعی به طور گسترده به شبیه سازی هوش انسانی در سیستم های کامپیوتری برای تصمیم گیری پیچیده و اتوماسیون اشاره دارد. کاربردهای عملی شامل همه چیز از تجزیه و تحلیل پیشگویانه گرفته تا وسایل نقلیه خودران و روبات های انسان نما می شود.

یادگیری ماشینی شامل الگوریتم‌های آماری است که رفتارها و خروجی‌های سیستم را از طریق قرار گرفتن در معرض داده‌ها بدون برنامه‌ریزی اضافی صریح بهبود می‌بخشد. ML شخصی سازی، پیش بینی، بهینه سازی مبتنی بر داده و موارد دیگر را تسهیل می کند.

در سراسر صنایع از مالی تا تولید، شرکت‌ها اکنون از برنامه‌های هوش مصنوعی و ML برای موارد زیر استفاده می‌کنند:

• فرآیندها را ساده کنید
• بینش عملی به دست آورید
• افزایش تجارب مشتری
• اطلاع رسانی استراتژی کسب و کار

با افزایش سرعت پذیرش، تسلط در AI/ML برای دانشمندان کامپیوتر ضروری شده است. تخصص‌های اصلی مانند علم داده و مهندسی یادگیری ماشین نیز جزو پردرآمدترین و سریع‌ترین مشاغل فناوری هستند.

واقعیت توسعه یافته (XR)

واقعیت بسط یافته (XR) به طور کلی همه رابط‌های محاسباتی نوظهور شامل واقعیت افزوده (AR)، واقعیت مجازی (VR) و همه چیز را در بر می‌گیرد.

VR کاربران را به محیط‌های تعاملی کاملاً دیجیتالی منتقل می‌کند که دنیای تقلیدی همه جانبه را شبیه‌سازی می‌کند. هدست های Oculus Rift نمونه ای از VR مدرن هستند.

به طور مکمل، AR تصاویر و اطلاعات دیجیتال را از طریق دستگاه‌های فعال روی محیط‌های فیزیکی دنیای واقعی پوشش می‌دهد. عینک گوگل و گوشی هوشمند Pokémon GO اشکال رایج AR را ادغام می کنند.

واقعیت ترکیبی هر دو تکنیک را با لنگر انداختن اشیاء مجازی در محیطی معتبر برای تعامل غنی تر و چند بعدی ترکیب می کند. HoloLens و Magic Leap نوآوری‌های اینجا را رهبری می‌کنند.

از همکاری از راه دور تا آموزش مهارت‌ها، XR نوید انقلابی در حوزه‌هایی مانند:

• بازی
• سرگرمی زنده
• مراقبت های بهداشتی
• تولید
• خرده فروشی

همانطور که هدست‌ها و اکوسیستم‌های فعال رشد می‌کنند، ادغام یکپارچه بین تجربیات مجازی و واقعی فرصت‌های جدید علوم رایانه را باز می‌کند.

محاسبات کوانتومی

محاسبات مرسوم داده ها را به صورت بیت های دودویی محدود به حالت های 1 یا 0 گسسته رمزگذاری می کند. محاسبات کوانتومی از بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) استفاده می‌کند و از برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی استفاده می‌کند تا چندین مقدار را به طور همزمان نمادین کند.

این موازی‌سازی کوانتومی، جهش‌های نمایی را قادر می‌سازد تا وظایفی را که برای رایانه‌های کلاسیک قابل حل نیستند، حل کنند. IBM، گوگل و مایکروسافت اکنون تحقیقات اولیه را در مورد موارد استفاده عملی کوانتومی هدایت می کنند.

کاربردهای صنعتی در حال توسعه عبارتند از:

• طراحی دارو
• مدل سازی مالی
• یادگیری ماشینی
• ارتباطات ایمن

محاسبات لبه

محاسبات متمرکز مبتنی بر ابر اغلب از تأخیر، ازدحام و محدودیت های اتصال رنج می برد. محاسبات لبه این ناکارآمدی ها را با قرار دادن منابع پردازش داده های فیزیکی نزدیکتر در لبه های شبکه، حل می کند.

دستگاه‌های لبه‌ای که در هر مکانی با حسگرها و محرک‌ها قرار می‌گیرند - مانند وسایل نقلیه، کارخانه‌ها یا برج‌های سلولی 5G - به‌جای انتقال همه چیز به ابرهای دور، داده‌ها را به‌صورت محلی فیلتر و تجزیه و تحلیل می‌کنند. این امکان را فراهم می کند:

• بینش سریعتر از داده های زمان واقعی
• کاهش فشارهای زیرساختی
• زمان پاسخگویی تصمیم گیری بهینه

از آنجایی که تعداد مشارکت کنندگان اکوسیستم اینترنت اشیا متصل به طور تصاعدی چند برابر می شود، محاسبات لبه پایه محاسباتی را فراهم می کند که از شهرهای هوشمند گرفته تا خودروهای خودران پشتیبانی می کند.

بلاک چین

فناوری بلاک چین، دفاتر عمومی غیرمتمرکز و توزیع شده را برای ثبت تراکنش ها و داده های غیرمتمرکز ایجاد می کند. این امکان تبادل ارزش شفاف و ایمن را بدون واسطه‌گری شخص ثالث فراهم می‌کند.

اکنون که از مبدأ ارزهای دیجیتال فراتر رفته است، بلاک چین با ارائه موارد زیر با مقامات متمرکز ناکارآمد در امور مالی، بهداشت و درمان، دولت، زنجیره تامین و موارد دیگر مواجه می شود:

• حرکت بدون درز دارایی
• کاهش اصطکاک اداری
• افزایش اعتماد و مسئولیت پذیری

درک نظریه بازی، رمزنگاری و ساختارهای انگیزشی بلاک چین، دانشمندان کامپیوتر را به سمت مدل‌های کاربردی غیرمتمرکز تغییر پارادایم بیدار می‌کند.

بینایی کامپیوتری

بینایی کامپیوتری به طور هم افزایی داده‌های بزرگ و الگوریتم‌های یادگیری ماشین را ترکیب می‌کند و به سیستم‌های محاسباتی اجازه می‌دهد محیط‌ها را مانند انسان‌ها از طریق دوربین‌ها و تصاویر به صورت بصری درک کنند.

پیاده سازی ها می توانند:

• تجزیه و تحلیل خودکار تصاویر
• هشدارهای اعلان مربوطه را راه اندازی کنید
• رابط های واقعیت ترکیبی را غنی کنید

ما قبلاً از طریق تشخیص چهره با بینایی کامپیوتری اولیه تعامل داریم. به زودی این ساختار بین دوربین ها و هوش مصنوعی متنی عمیق تر می شود - چه بهینه سازی فرآیندهای کنترل کیفیت تولید یا اطلاع رسانی تصمیمات ناوبری خودروهای مستقل.

رباتیک

برنامه نویسی پیچیده جلوه های رباتیک فیزیکی را باز می کند که وظایفی را انجام می دهند که در غیر این صورت به اپراتورهای انسانی نیاز دارند. این ربات‌ها در حال حاضر در مراقبت‌های بهداشتی، خرده‌فروشی، ساخت‌وساز، کشاورزی و فعالیت‌های روزانه بیشتر از طریق:

• اتوماسیون کار دستی
• بهبود دقت
• انجام وظایف خطرناک یا ناامن

اکنون مرزهای رباتیک به سمت استفاده از قابلیت‌های یادگیری ماشینی بیشتر برای افزایش آگاهی، پاسخگویی و تطبیق پذیری تغییر می‌کنند. این حرکت به سمت روبات‌های پیشرفته‌تر از نظر فکری، نیازمند دانشمندان رایانه‌ای متخصص در این رشته هیجان‌انگیز است.

پردازش زبان طبیعی

آموزش رایانه‌ها برای درک و پاسخ به زبان طبیعی انسان، رابط‌های بصری‌تر ماشینی را قادر می‌سازد و گلوگاه‌های اطلاعاتی را از بین می‌برد.

جدیدترین الگوریتم‌های پردازش زبان طبیعی:

• طبقه بندی لحن احساسات
• متن طولانی منسجم ایجاد کنید
• خلاصه اسناد
• ترجمه بین زبانها

چت ربات ها و دستیارهای صوتی مانند Siri ظرفیت های اولیه NLP را به نمایش می گذارند. به زودی پیشرفت‌های نمایی NLP، مکالمات آگاه از بافت الهام گرفته از مغز و بینش‌های تحلیلی از داده‌های روایی چندلایه را به عنوان پدیده‌های عادی روزمره تسهیل می‌کند.

نانو تکنولوژی

دستکاری در مقیاس مولکولی انتزاعی آینده های علمی تخیلی رادیکال را تقویت می کند. نانو تکنولوژی کاربردی حسگرهای میکروسکوپی، دستگاه‌های محاسباتی، ربات‌ها و مواد را به تنظیمات کلان بیولوژیکی، صنعتی و مصرف‌کننده تزریق می‌کند.

کاربردهای بین رشته‌ای علوم نانو همه چیز را هدف قرار می‌دهند:

• تحویل هدفمند دارو
• اجزای محاسبات کوانتومی
• مواد مقاوم در برابر آسیب
• ذخیره سازی داده با چگالی بالا

دانشمندان کامپیوتر شبیه‌سازی‌ها و برنامه‌نویسی‌ها را برای طراحی رقص نانوربات‌ها انجام می‌دهند که وظایفی را در محیط‌های مقیاس بزرگ‌تر انجام می‌دهند که بر محدودیت‌های فیزیکی غیرممکن غلبه می‌کنند.

تسلط این فناوری‌هایی که به‌طور تصاعدی آشکار می‌شوند، دوره‌های جدیدی از تمدن بشری را ایجاد می‌کند که از نظر دیجیتالی تغییر یافته است. دانشمندان کامپیوتر با استفاده از این دانش، ماتریس ارتباط متقابل اجتماعی و اطلاعاتی ما را می سازند.

منبع: jessup.edu