A Internet, redes sociais, serviços em nuvem e comércio eletrônico se tornaram componentes importantes da vida de uma pessoa moderna. Mas ainda vivemos no mundo "analógico" real, e não no ciberespaço. É ainda mais interessante que os sistemas ciber-físicos que são capazes de combinar esses dois aspectos de nossas vidas estão agora se desenvolvendo em um ritmo muito rápido.
O que são sistemas físicos cibernéticos?
Sistemas ciber-físicos (do inglês. Sistemas ciber-físicos, ou CPS) - o conceito é bastante complexo. Hoje eles não receberam uma definição inequívoca e universalmente aceita, pois esses sistemas estão localizados no cruzamento de várias áreas ao mesmo tempo e, dependendo de sua implementação, são capazes de afetar vários aspectos de nossas vidas. Sua principal característica comum é uma interação muito estreita entre processos computacionais e físicos; portanto, podemos dizer que um sistema ciber-físico é um sistema complexo de elementos físicos e computacionais que constantemente recebe dados do ambiente e os utiliza para otimizar ainda mais os processos de controle.
Os sistemas ciber-físicos incluem redes inteligentes de energia, sistemas inteligentes de controle de transporte, sistemas de controle automatizados (sistemas de controle automatizados) na produção e agricultura, além de equipamentos médicos. Um exemplo de sistemas ciber-físicos são soluções complexas e em larga escala, como cidades inteligentes. É importante observar que os sistemas ciber-físicos são semelhantes em arquitetura à Internet das coisas e podem usar seus elementos para se comunicar ou receber dados, mas, em essência, são muito mais difíceis, portanto, colocar um sinal de igual aqui seria incorreto.
Princípios de operação de sistemas ciber-físicos
Como mencionado acima, o principal princípio de operação dos sistemas ciber-físicos pode ser chamado de um relacionamento profundo entre seus elementos físicos e computacionais. O "cérebro" do sistema na forma de IA e outras tecnologias recebe dados de sensores no mundo real, analisa esses dados e os utiliza para controlar ainda mais os elementos físicos. Graças a essa interação, o sistema ciber-físico é capaz de trabalhar efetivamente em condições de mudança, como um análogo do corpo humano ou uma empresa moderna que analisa a situação no mercado para desenvolver exatamente o produto de que precisa agora. Além disso, o ciclo “gerenciamento - aquisição de dados - processamento de dados - gerenciamento”, quando o sistema está funcionando adequadamente, sempre deve dar resultados positivos e criar novo valor.
Por exemplo, a mesma empresa Toshiba usa o princípio de sistemas ciber-físicos em seu projeto de uma usina virtual, que usa a tecnologia da Internet das coisas para coordenar o trabalho de fontes de energia distribuídas (solar, hidrogênio e energia eólica), veículos elétricos e sistemas de armazenamento / armazenamento de energia que os consomem. . Usando dados de dispositivos da Internet das coisas e tecnologias de IA, neste caso, é possível otimizar o consumo de energia do sistema, prever sua escala e, finalmente, alcançar a máxima economia de energia.
Diagrama da central elétrica virtual da ToshibaOutras opções para o uso de sistemas ciber-físicos incluem sistemas autônomos de controle de transporte que recebem informações em tempo real de usuários e infraestrutura viária, a fim de evitar acidentes e escolher a rota ideal para o destino, levando em consideração a situação na estrada; equipamento médico que monitora remotamente a condição dos pacientes e é usado para estudar o corpo humano; Edifícios “inteligentes” com baixo consumo de energia; meios de automatizar processos na agricultura ... O comum em todos esses exemplos é que os sistemas ciber-físicos podem realmente facilitar a vida das pessoas e aumentar seu nível, e é por isso que muitas grandes empresas estão agora fazendo um curso de desenvolvimento para desenvolvê-las.
Cidades inteligentes como exemplo de sistemas ciber-físicos em larga escala
A capacidade de "tornar a vida das pessoas melhor e mais fácil" com a ajuda desses sistemas pode ser perfeitamente ilustrada apenas pelo exemplo de cidades "inteligentes". Cingapura tem sido repetidamente reconhecida por vários pesquisadores como a mais inteligente das cidades "inteligentes" do planeta, e seu governo vai ainda mais longe e acredita que está trabalhando em um projeto de "nação inteligente" (Smart Nation - o nome do programa de desenvolvimento urbano de Cingapura). Várias empresas iniciantes criam soluções para Cingapura que abrangem quase todas as áreas da vida dos cidadãos - desde a aplicação da lei e a correção automática de violações até o gerenciamento do sistema de transporte e recursos energéticos, abastecimento de água e assistência médica. E isso dá seus resultados, por exemplo, um sistema de controle de tráfego sozinho pode economizar dezenas de milhares de horas por ano para motoristas de Singapura.
A cidade mais inteligente de CingapuraOutra opção para uma abordagem "inteligente" ao planejamento urbano é o Masdar nos Emirados Árabes Unidos, que está sendo construído perto de Abu Dhabi. Masdar deve se tornar uma “eco-cidade”, que atenda plenamente às suas necessidades com a ajuda de fontes de energia renováveis, processe completamente todo o lixo e abandone completamente os modos tradicionais de transporte em favor do transporte autônomo público e pessoal. Naturalmente, para o gerenciamento eficiente de recursos e fluxos de tráfego em Masdar, as mais recentes tecnologias serão aplicadas, incluindo sistemas ciber-físicos.
Eco-cidade "Masdar" no deserto de Rub el KhaliEm geral, nos últimos anos, os sistemas ciber-físicos receberam um grande impulso para o desenvolvimento, o que está associado a um aumento no número de dispositivos "inteligentes" e redes de sensores e sua integração em sistemas cada vez maiores, por exemplo, a Internet das coisas. Mas, de acordo com o diretor técnico da Toshiba, Dr. Ciro Saito, a transição para a inovação aberta é muito importante para o futuro desses sistemas. "É imperativo não cair na armadilha de querer conseguir tudo sozinho", observa ele. É por isso que a empresa investe ativamente em tecnologias modernas relacionadas a sistemas ciber-físicos e colabora com outras organizações, por exemplo, trabalhando com a Universidade de Stanford para reduzir o consumo de energia dos chips de IA (o resultado atual é uma redução de 88%).
Os sistemas ciber-físicos são um tópico tão extenso e promissor que, somente por esforços conjuntos, diferentes empresas, institutos de pesquisa e organizações podem desenvolver novas tecnologias e novos produtos, inclusive para solucionar problemas sociais urgentes.