Na última semana de novembro, em Pereslavl-Zalessky, foi realizado o Fórum Nacional de Supercomputação. Durante três dias, as pessoas conversaram e mostraram como estão as coisas com o desenvolvimento de supercomputadores na Rússia e como as tecnologias transformadas em supercomputadores se transformam em mercadorias.
Instituto de Sistemas de Software RAS
(Igor Shelaputin, Wikimedia Commons, CC-BY)O membro correspondente da Academia Russa de Ciências, Sergey Abramov, falou sobre o projeto Casa Sensível (27 de novembro). Desenvolvendo o conceito de “casa inteligente”, ele sugere observar o equipamento doméstico, construir e memorizar padrões de comportamento, aprender com seus erros e antecipar a previsão de sua condição e problemas.
O Instituto de Sistemas de Software da Academia Russa de Ciências, sob a liderança de Sergei Abramov, começou a criar “casas sensíveis” em 2014, quando a reforma da Academia de Ciências exigiu que projetos acadêmicos fossem colocados no mercado comercial. Nessa época, o IPS RAS tinha bons desenvolvimentos em redes de sensores e controle de equipamentos, tecnologias de nuvem desenvolvidas e aprendizado de máquina.
Segundo Sergey Abramov, os edifícios residenciais e industriais estão cheios de equipamentos dos quais dependem o bem-estar da casa e o trabalho silencioso das pessoas. Embora este equipamento "inteligente" se transforme em uma "casa inteligente", não há controle automático sobre ele. Os proprietários não sabem o status dos dispositivos, não podem monitorá-los convenientemente. Resta cuidar manualmente de toda a infraestrutura, como se fosse um enorme tamagotchi, verificando e ajustando regularmente máquinas.
Um soquete sensível mede os parâmetros elétricos e os reporta ao servidor
(Casa sensível, Wikimedia Commons, CC-BY)A casa inteligente está funcionando corretamente? Ou é hora de intervir? Haverá um acidente em breve? Por si só, nenhuma “casa inteligente” não resolve esse problema; são necessárias respostas e análises automáticas para responder a essas perguntas. Portanto, um sistema de computador criado no Instituto coleta estatísticas de sensores, cria padrões de comportamento de máquinas domésticas e aprende a reconhecer esses padrões. Ao distinguir entre comportamento normal e problemático e detectar trabalho anormal, a inteligência artificial alertará o proprietário a tempo sobre uma ameaça em potencial.
Uma "casa sensível" é uma "casa inteligente" à qual se agregam sensibilidade, capacidade de auto-aprendizado, capacidade de acumular um padrão de bom comportamento, capacidade de prever e responder.
(Sergey Abramov, membro correspondente do RAS)
Estamos acostumados a como a “casa inteligente” mantém seus parâmetros: temperatura e iluminação definidas, umidade constante, tensão estável da rede elétrica. Uma “casa inteligente” pode funcionar de acordo com o cenário, dependendo da hora do dia ou do evento (por exemplo, fechará a válvula de gás pelo comando de um analisador de gás). O “Sensitive Home” dá o próximo passo - analisa dados sensoriais e cria novos cenários para classificação: tudo ainda está acontecendo ou há surpresas. Ele reage às mudanças ambientais e prevê possíveis falhas, adivinhando anomalias nas ações simultâneas de diferentes dispositivos. A “Casa Sensível” monitora o resultado do seu trabalho, alerta para problemas e muda o cenário, dando orientações ao proprietário e permitindo desconectar os aparelhos com defeito.
Resolvemos o problema do comportamento atípico do equipamento.
(Sergey Abramov, membro correspondente do RAS)
O sistema proposto é baseado em uma rede de sensores, que fornece medições com referência ao tempo. Por exemplo, uma caldeira a diesel ocasionalmente liga e aquece a água, uma bomba de circulação conduz a água quente através de tubos de aquecimento e os sensores principais relatam como esses dispositivos consomem eletricidade. Com base em uma série de leituras, um sensor secundário (programa) as compara com um perfil normal e diagnostica falhas. O sensor terciário (programa) recebe a temperatura do ar da rua e prediz a operação futura do sistema, estima sua carga e eficiência - como o aquecimento da caldeira e o clima se correlacionam. Talvez as janelas estejam abertas e a caldeira aqueça a rua, ou talvez a eficiência tenha caído e esteja chegando a hora da manutenção preventiva. A partir da deriva dos parâmetros derivados, pode-se prever a que horas eles sairão da norma.
O soquete sensível consiste em módulos separados
(Casa sensível, Wikimedia Commons, CC-BY)Tendo apreciado as leituras simultâneas dos sensores, a casa sensível é capaz de perceber que a bomba de água não desliga, porque despeja a água de volta no poço (através de uma válvula defeituosa) ou diretamente no chão (através de um tubo de ruptura). O diagnóstico será ainda mais confiável se os sensores de movimento estiverem silenciosos e a bomba bombear água para uma casa vazia.
Também existem redes de sensores em residências inteligentes. A infraestrutura em nuvem também está em residências inteligentes. Mas o que não existe em “casas inteligentes” é inteligência artificial, aprendizado de máquina, acúmulo de padrões de bom comportamento, classificação e previsão.
(Sergey Abramov, membro correspondente do RAS)
A parte nublada da casa sensível é baseada no banco de dados NoSQL Riak ou Akumuli, que armazena séries temporais de leituras. A recepção e saída de dados são feitas na plataforma Erlang / OTP, permitindo implantar o banco de dados em muitos nós. Um programa para aplicativos móveis e uma interface da web foram implantados acima dele para informar o cliente na Internet e por telefone e, ao lado, um programa para análise de dados e controle comportamental. Aqui você pode conectar qualquer análise de séries temporais, incluindo aquelas baseadas em redes neurais. Assim, todo o controle sobre os sistemas da "casa sensível" é colocado em uma camada de controle separada. O acesso a ele é fornecido por meio de uma conta pessoal no serviço em nuvem.
O controlador sensível coleta sinais de sensores e termômetros
(Casa sensível, Wikimedia Commons, CC-BY)
Erlang oferece todos os benefícios de uma abordagem funcional. Possui mecanismos de trabalho distribuídos e a maneira mais fácil de criar um programa distribuído paralelo é usar o Erlang. Nossa arquitetura inclui “sensores secundários” de software, pode haver vários para um sensor físico e, se contarmos com dezenas de milhares de clientes com dezenas de dispositivos, teremos que processar um enorme fluxo de dados. Eles precisam de processos leves que podem ser executados em grandes números. O Erlang permite que você execute dezenas de milhares de processos em um único núcleo; esse sistema é dimensionado bem.
(Sergey Abramov, membro correspondente do RAS)
Segundo o desenvolvedor, é fácil organizar uma equipe diversificada de programadores em Erlang, na qual estudantes e luminares criam um sistema. Alguns fragmentos do sistema de software caem com um erro, mas tudo continua funcionando, o que permite que você conserte os lugares errados rapidamente.
O controlador sensível transfere dados via WiFi ou RS-485
(Casa sensível, Wikimedia Commons, CC-BY)O sistema da casa sensível usa todas as tecnologias que o IPS RAS usou para controlar os supercomputadores. Isso inclui sensores eletrônicos, sistemas de monitoramento e controle remoto. Agora, o programa sensível trabalha com seus próprios sensores e é capaz de se conectar aos circuitos de proteção contra incêndio, mas existe um plano para coletar dados dos sensores de qualquer “casa inteligente”.
A “Casa Sensível” é interessante porque soluções intelectuais complexas para a cidade, o bairro e a casa vão para a vanguarda. É interessante aqui não construir um supercomputador, mas construir um complexo social-computador, introduzindo um supercomputador na vida cotidiana, para que a máquina mude a vida das pessoas.
(Olga Kolesnichenko, Ph.D., Professora Sênior, Universidade Sechenovskiy)
Na primavera de 2020, os desenvolvedores prepararão um conjunto básico de programas e equipamentos para montar sistemas de vários tamanhos em prédios e apartamentos. Eles prometem que o resultado será fácil de configurar, não mais complicado do que um aspirador de pó robô. O kit básico suporta qualquer equipamento supervisionado: caldeiras de aquecimento, aquecedores de água, geladeiras, bombas de água e fossas sépticas. Depois, chega a vez das vendas em pequena escala, depois a produção inviável, complementada por novos sensores e módulos. E no futuro, é possível uma variedade de diversificação e adaptação - uma fazenda sensível, um hospital sensível, um navio sensível e até um tanque muito sensível.
Texto: CC-BY 4.0.Retrato: CC-BY-SA 3.0.