Sistemas ciberfísicos en el mundo moderno.

Internet, las redes sociales, los servicios en la nube y el comercio electrónico se han convertido en componentes importantes de la vida de una persona moderna. Pero aún vivimos en el mundo real "analógico", y no en el ciberespacio. Es aún más interesante que los sistemas ciberfísicos que pueden combinar estos dos aspectos de nuestras vidas ahora se están desarrollando a un ritmo muy rápido.

¿Qué son los sistemas físicos cibernéticos?

Sistemas ciberfísicos (del inglés. Sistemas ciberfísicos o CPS): el concepto es bastante complejo. Hoy no han recibido una definición inequívoca y universalmente aceptada, ya que estos sistemas están ubicados en la intersección de varias áreas a la vez y, dependiendo de su implementación, son capaces de afectar varios aspectos de nuestras vidas. Su principal característica común es una interacción muy estrecha entre los procesos informáticos y físicos, por lo que podemos decir que un sistema ciberfísico es un sistema complejo de elementos informáticos y físicos que recibe constantemente datos del entorno y los utiliza para optimizar aún más los procesos de control.

Los sistemas ciberfísicos incluyen redes de suministro de energía "inteligentes", sistemas de control de transporte "inteligentes", ACS (sistemas de control automatizados) en producción y agricultura, así como equipos médicos. Un ejemplo de sistemas ciberfísicos son soluciones tan complejas y de gran escala como las ciudades inteligentes. Es importante tener en cuenta que los sistemas ciberfísicos son similares en arquitectura a Internet de las cosas y pueden usar sus elementos para comunicarse o recibir datos, pero en esencia son mucho más difíciles, por lo que poner un signo igual aquí sería incorrecto.

Principios de funcionamiento de los sistemas ciberfísicos.

Como se mencionó anteriormente, el principio principal de funcionamiento de los sistemas ciberfísicos puede denominarse una relación profunda entre sus elementos físicos y computacionales. El "cerebro" del sistema en forma de IA y otras tecnologías recibe datos de sensores en el mundo real, analiza estos datos y los utiliza para un mayor control de los elementos físicos. Gracias a esta interacción, el sistema ciberfísico puede funcionar eficazmente en condiciones cambiantes, como un análogo del cuerpo humano o una empresa moderna que analiza la situación en el mercado para desarrollar exactamente el producto que necesita ahora. Además, el ciclo "gestión - adquisición de datos - procesamiento de datos - gestión", cuando el sistema funciona correctamente, cada vez debe dar resultados positivos y crear un nuevo valor.

Por ejemplo, la misma compañía Toshiba utiliza el principio de los sistemas ciberfísicos en su proyecto de planta de energía virtual, que utiliza la tecnología de Internet de las cosas para coordinar el trabajo de las fuentes de energía distribuidas (energía solar, hidrógeno y eólica), vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento / almacenamiento de energía que lo consumen. . Utilizando datos de dispositivos de Internet de las cosas y tecnologías de IA en este caso, es posible optimizar el consumo de energía del sistema, predecir su escala y, en última instancia, lograr el máximo ahorro de energía.


Diagrama de Toshiba Virtual Power Station

Otras opciones para usar sistemas ciberfísicos incluyen sistemas de control de transporte autónomo que reciben información en tiempo real de los usuarios de la carretera y la infraestructura vial para evitar accidentes y elegir la ruta óptima hacia el destino, teniendo en cuenta la situación en la carretera; equipo médico que monitorea remotamente la condición de los pacientes y se usa para estudiar el cuerpo humano; Edificios "inteligentes" con cero consumo de energía; medios para automatizar procesos en la agricultura ... Lo común en todos estos ejemplos es que los sistemas ciberfísicos realmente pueden facilitar la vida de las personas y aumentar su nivel, razón por la cual muchas grandes empresas ahora están tomando un curso de desarrollo para desarrollarlos.

Las ciudades inteligentes como ejemplo de sistemas ciberfísicos a gran escala

La capacidad de "hacer que la vida de las personas sea mejor y más fácil" con la ayuda de estos sistemas puede ilustrarse perfectamente con el ejemplo de las ciudades "inteligentes". Singapur ha sido reconocido repetidamente por varios investigadores como la más inteligente de las ciudades "inteligentes" del planeta, y su gobierno va más allá y cree que está trabajando en un proyecto de "nación inteligente" (Smart Nation, el nombre del programa de desarrollo urbano de Singapur). Una serie de nuevas empresas crean conjuntamente soluciones para Singapur que conciernen a casi todas las áreas de la vida de los ciudadanos, desde la aplicación de la ley y la reparación automática de violaciones hasta la gestión del sistema de transporte y los recursos energéticos, el suministro de agua y la atención médica. Y esto da sus resultados, por ejemplo, un sistema de control de tráfico solo puede ahorrar decenas de miles de horas al año para los conductores de Singapur.


La ciudad más inteligente de Singapur

Otra opción para un enfoque "inteligente" de la planificación urbana es Masdar en los EAU, que se está construyendo cerca de Abu Dhabi. Masdar debería convertirse en una "ciudad ecológica", que satisfaga plenamente sus necesidades con la ayuda de fuentes de energía renovables, procese completamente todos los residuos y abandone por completo los modos de transporte tradicionales en favor del transporte autónomo público y personal. Naturalmente, para la gestión eficiente de los recursos y los flujos de tráfico en Masdar, se aplicarán las últimas tecnologías, incluidos los sistemas ciberfísicos.


Eco-ciudad "Masdar" en el desierto de Rub el Khali

En general, en los últimos años, los sistemas ciberfísicos han recibido un gran impulso para el desarrollo, que se asocia con un aumento en el número de dispositivos "inteligentes" y redes de sensores y su integración en sistemas cada vez más grandes, por ejemplo, Internet de las cosas. Pero, según el director técnico de Toshiba, Dr. Ciro Saito, la transición a la innovación abierta es muy importante para el futuro de estos sistemas. "Es imperativo no caer en la trampa de querer lograr todo usted mismo", señala. Es por eso que la compañía está invirtiendo activamente en tecnologías modernas relacionadas con los sistemas ciberfísicos, y colabora con otras organizaciones, por ejemplo, trabajando con la Universidad de Stanford para reducir el consumo de energía de los chips de IA (el resultado actual es una reducción del 88 por ciento).

Los sistemas ciberfísicos son un tema tan extenso y prometedor que solo mediante esfuerzos conjuntos pueden diferentes empresas, institutos de investigación y organizaciones ser capaces de desarrollar nuevas tecnologías y nuevos productos, incluso para resolver problemas sociales urgentes.