تجسيد البيانات المادية

التجسيد المادي للبيانات ( أو ببساطة التجسيد المادي) هو قطعة مادية تُشفّر البيانات من خلال هندستها أو خصائصها المادية. ^{[ 1 ]} وتتمثل أهدافه الرئيسية في إشراك الناس وتوصيل البيانات باستخدام تمثيلات البيانات المادية المدعومة بالحاسوب. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

قبل اختراع الحواسيب والأجهزة الرقمية، كان تجسيد البيانات موجودًا بالفعل في القطع الأثرية القديمة كوسيلة لتمثيل المعلومات المجردة. ومن الأمثلة على ذلك لوحة المغرة من بلومبو ، التي يُقدّر عمرها بين 70000 و80000 عام. ^{[ 5 ]} تُظهر الأشكال الهندسية والرمزية المنقوشة على سطح القطعة الأثرية التعقيد المعرفي للإنسان القديم. علاوة على ذلك، ونظرًا لأن هذه التمثيلات صُنعت عمدًا، تشير الأدلة إلى أن العرض الهندسي للمعلومات كان منهجية شائعة في المجتمع. ^{[ 6 ]} على الرغم من أن الباحثين ما زالوا غير قادرين على فك شفرة نوع المعلومات المُشفّرة في القطعة الأثرية، إلا أن هناك العديد من التفسيرات المقترحة. على سبيل المثال، تُقسّم الوظائف المحتملة للقطعة الأثرية إلى أربع فئات، هي: "عددية"، و"وظيفية"، و"معرفية"، و"اجتماعية". ^{[ 7 ]} لاحقًا، حوالي عام 35000 قبل الميلاد، ظهرت قطعة أثرية أخرى، وهي عظمة ليبومبو ، وأصبحت المعلومات المُشفّرة عليها أسهل قراءةً. يوجد حوالي 29 شقًا مميزًا محفورًا على عظمة الشظية لدى قرد البابون. ويُقدّر أن عدد هذه الشقوق يرتبط ارتباطًا وثيقًا بعدد دورات القمر. علاوة على ذلك، اعتُبر نظام العد المبكر هذا بمثابة بداية الحساب. ^{[ 8 ]}

قبل اختراع الكتابة مباشرةً، انتشر نظام الرموز الطينية في بلاد ما بين النهرين القديمة. فعندما يرغب البائعون والمشترون في إتمام صفقة تجارية، كانوا يُعدّون مجموعة من الرموز ويختمونها داخل غلاف طيني بعد نقش شكلها على سطحه. ^{[ 9 ]} وقد استُخدمت هذه الرموز المادية على نطاق واسع في التجارة والوثائق الإدارية والمستوطنات الزراعية. ^{[ 10 ]} علاوة على ذلك، يُعدّ نظام الرموز دليلاً على نظام عدّ بدائي. إذ يُمثّل كل شكل معنىً ماديًا، مثل رمز "الخروف"، مُشكّلاً بذلك علاقة تناظرية. تكمن أهمية الرمز في استخدامه للشكل المادي لترميز المعلومات العددية ^{[ 11 ]} ، ويُعتبر سلفًا لنظام الكتابة البدائي. ^{[ 12 ]} والسبب المنطقي لذلك هو أن الرمز ثنائي الأبعاد يُسجّل نفس المعلومات التي يُسجّلها النقش الناتج عن الرمز الطيني. ^{[ 9 ]}

منذ عام 3000 قبل الميلاد وحتى القرن السابع عشر، طُوِّر نظام ترميز بصري أكثر تعقيدًا، يُعرف باسم "الكيبو" ، وانتشر استخدامه على نطاق واسع في جبال الأنديز بأمريكا الجنوبية . [ ^{13 ] كما} استُخدمت خيوط معقودة، لا علاقة لها بالكيبو، لتسجيل المعلومات من قِبل الصينيين والتبتيين واليابانيين القدماء . [ 14 ] ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] واستخدمته إمبراطورية الإنكا} القديمة لأغراض عسكرية وضرائبية. ^{[ 18 ]} يستطيع النظام المنطقي العددي ذو الأساس 10 تسجيل المعلومات بناءً على المسافة النسبية بين العقد، ولونها، ونوعها. ونظرًا لنسيج الكيبو (القطن)، لم يبقَ منها إلا القليل. ومن خلال تحليل هذه القطع الأثرية المتبقية، اقترح إرلاند نوردنسكيولد ^{[ 19 ]} أن الكيبو هو نظام الكتابة الوحيد الذي استخدمه الإنكا، وأن تقنية ترميز المعلومات فيه متطورة ومميزة. ^{[ 20 ]}

انتشرت فكرة تجسيد البيانات منذ القرن السابع عشر، حيث استخدمها المهندسون المعماريون والمهندسون المدنيون على نطاق واسع في الهندسة المدنية وإدارة المدن. فعلى سبيل المثال، استُخدم نموذج المسقط الأفقي المجسم بين عامي 1663 و1867 لتصوير البنية الإقليمية الفرنسية والوحدات العسكرية الهامة كالحصون والمدن المسورة. ولذلك، كان من وظائف هذا النموذج تخطيط الدفاع والهجوم. ومن الجدير بالذكر أن هذا النموذج يُصنف ضمن التقنيات العسكرية، ولم يكن يُشفّر أي معلومات مجردة. ^{[ 21 ]} ولا يزال استخدام النماذج المادية لتمثيل المباني والمنشآت المعمارية قائماً حتى اليوم.

من الأمثلة المعاصرة على تجسيد البيانات لوح غالتون الذي صممه فرانسيس غالتون، رائد مفهوم الانحدار نحو المتوسط . يُعد لوح غالتون أداةً بالغة الأهمية في تقريب قانون غاوس للأخطاء، ويتكون من مسامير متباعدة بانتظام وشرائح عمودية في أسفل اللوح. بعد إطلاق عدد كبير من الكرات الزجاجية، تستقر في الأسفل، مُشكلةً منحنى الجرس . تتجمع معظم الكرات في المركز (انحراف أقل) بينما يتجمع عدد قليل منها على حافة اللوح. ^{[ 22 ]}

في عام ١٩٣٥، أنشأت ثلاث شركات كهرباء مختلفة (مثل شركة باسيفيك للغاز والكهرباء ، وشركة كومنولث إديسون) نموذجًا ماديًا لبيانات الكهرباء لتصوير استهلاك الطاقة لعملائها، ما يُتيح للشركة التنبؤ بشكل أفضل بالطلب المستقبلي على الطاقة. ^{[ ٢٣ ]} يتكون النموذج من محور قصير ومحور طويل. يُشير المحور القصير إلى "اليوم"، بينما يمتد المحور الطويل على مدار العام. ^{[ ٢٤ ]} يُمكن للمشاهدين الحصول على نظرة عامة حول أوقات ذروة استهلاك العملاء للكهرباء خلال اليوم، وكيف يتغير الاستهلاك باختلاف الفصول. ^{[ ٢٤ ]} بُني النموذج يدويًا عن طريق قص ألواح خشبية وتجميعها معًا.

بدأ الباحثون يدركون أن نماذج تجسيد البيانات لا تساعد الأنظمة فقط في إدارة وتخطيط مهام محددة، بل تُبسط أيضًا المشكلات المعقدة للغاية بشكل كبير من خلال تمكين المستخدمين من معالجة البيانات في العالم الحقيقي. لذا، من منظور معرفي، تُمكّن المعالجة المادية المستخدمين من الكشف عن أنماط خفية يصعب اكتشافها. ^{[ 25 ]} حصل ماكس بيروتز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1962 لعمله المتميز في اكتشاف بنية البروتين الكروي . فعندما يمر شعاع ضيق من الأشعة السينية عبر جزيء الهيموجلوبين، يُمكن لنمط الحيود أن يُظهر البنية الداخلية للترتيبات الذرية. ^{[ 6 ]} تضمن أحد أعمال بيروتز في هذا البحث إنشاء جزيء هيموجلوبين مُجسّد، مما مكّنه من معالجة البنية وفحصها بطريقة ملموسة.

في كتابه، صمّم بيرتين أداةً لتصوّر المصفوفات تُسمى دومينو، تُمكّن المستخدمين من معالجة بيانات الصفوف والأعمدة. يُمكن اعتبار مزيج الصفوف والأعمدة فضاءً ثنائي الأبعاد للبيانات. في كتابه "علم دلالات الرسومات"، حدّد بيرتين المتغيرات التي يُمكن إعادة ترتيبها والمتغيرات التي لا يُمكن إعادة ترتيبها. على سبيل المثال، يُمكن اعتبار الزمن متغيرًا أحادي الاتجاه، ويجب الحفاظ على ترتيبه الطبيعي. ^{[ 26 ]} بالمقارنة مع العمل المذكور سابقًا، ركّز هذا النموذج على جانب التفكير البصري في تمثيل البيانات، ويدعم أنواعًا مختلفة من البيانات مثل الخرائط والمصفوفات والجداول الزمنية. من خلال تعديل مدخلات البيانات، يُمكن للمحلل اكتشاف الأنماط داخل مجموعات البيانات، واستخدام دومينو بشكل متكرر على مجموعات بيانات مختلفة. ^{[ 24 ]}

من الأمثلة الحديثة على التجسيد المادي استخدام مكعبات الليغو لتتبع تقدم المشاريع. على سبيل المثال، استخدم الباحثون الليغو لتسجيل مراحل كتابة أطروحاتهم. يمكن للمستخدمين استخدام لوحة الليغو لتحديد خطوات عملية قبل النشر الفعلي، مثل تحليل البيانات وجمعها وتطويرها، وما إلى ذلك. ^{[ 27 ]} ومن التطبيقات الأخرى استخدام الليغو في تتبع الأخطاء البرمجية. فبالنسبة لمهندسي البرمجيات، يُعد تتبع مشكلات قاعدة البيانات البرمجية مهمة بالغة الأهمية، وتُسهّل الليغو هذه العملية من خلال تجسيد هذه المشكلات ماديًا. ^{[ 28 ]}

يتضمن أحد التطبيقات المحددة لتجسيد البيانات بناء خرائط لمسية للأشخاص ذوي الإعاقة البصرية. ومن الأمثلة السابقة استخدام ورق الكبسولات الدقيقة لبناء هذه الخرائط. ^{[ 29 ]} وبمساعدة أدوات التصنيع الرقمي، مثل قاطع الليزر، استخدم باحثون في مختبر فاب لاب بجامعة آر دبليو تي إتش آخن هذه الأدوات لإنتاج خريطة لمسية بارزة لدعم المستخدمين ذوي الإعاقة البصرية. كما قام بعض الباحثين في مجال واجهات المستخدم الملموسة بدمج هذه الواجهات مع الخرائط اللمسية لتقديم عرض ديناميكي وتعزيز التعاون بين الأشخاص ذوي الإعاقة البصرية (مثل علامات فلوكس ماركرز). ^{[ 30 ]}