La urbanización es un fenómeno en rápido crecimiento. Según estimaciones de las Naciones Unidas, dos tercios de la población mundial vivirán en áreas urbanas en 2050. Todo esto requiere el desarrollo de iniciativas de ciudades inteligentes respaldadas por la sostenibilidad ambiental, social y económica para mantenerse al día con una rápida expansión que afectará fuertemente a los recursos. de ciudades de todo el mundo.
Entre los muchos avances tecnológicos recientes, la llegada de la tecnología 5G sin duda tendrá un efecto transformador en el desarrollo de las ciudades inteligentes. Acelerará una combinación de sensores inteligentes, plataforma universal, tecnologías de la información y la comunicación (TIC), Internet de las cosas (IoT), recolección de energía, computación en la nube y tecnologías de código abierto, compatibles con las redes de próxima generación (NGN).
Veamos algunos de los nuevos avances tecnológicos que prometen impulsar el crecimiento de ciudades más inteligentes, seguras y limpias.
Sensores inteligentes
Los sensores inteligentes se utilizan para controlar la contaminación ambiental y otros parámetros. El diseño y desarrollo de sensores inteligentes, una plataforma de interfaz universal, junto con el marco de IoT, no sólo supone un gran avance en el campo de la vigilancia medioambiental, sino también en muchas otras áreas de la ciudad inteligente, como el hogar inteligente, los wearables y los dispositivos inteligentes. desperdiciar . gestión, medición electrónica inteligente, suministro de agua inteligente, control de tráfico inteligente, redes inteligentes y aplicaciones de atención médica remota.
Los datos de sensores inteligentes se extraen y procesan para implementar programas o soluciones innovadoras asociadas con aspectos cotidianos de la vida urbana, como postes de servicios públicos, líneas de agua, autobuses, semáforos, etc. Los sensores ponen los datos a disposición de una comunidad más amplia a través del acceso remoto a la nube de TI.
Dado que los sensores inteligentes dependen de la energía de los enlaces inalámbricos utilizados para transmitir datos, la eficiencia energética y la seguridad son áreas prioritarias. Actualmente se están realizando esfuerzos para desarrollar sensores que sean más seguros, más eficientes energéticamente y más fáciles de controlar y monitorear. Los proveedores de soluciones para ciudades inteligentes, los integradores de sistemas y los diseñadores de software/chips están trabajando juntos para satisfacer la demanda de chips de bajo consumo y sensores más seguros. Estos están proporcionando a las ciudades inteligentes una amplia gama de nuevas aplicaciones que ayudarán a mejorar la infraestructura y los servicios.
Microchip, Analog Devices (ADI) y NXP son algunos de los fabricantes de chips que están trabajando activamente para desarrollar mejores diseños de chips que cumplan con los requisitos de bajo consumo de energía para aplicaciones de energía de batería. Los fabricantes están produciendo muchos sensores inteligentes que funcionan con baterías y que funcionan con unidades de microcontrolador (MCU). El último procesador ARM Cortex-M, el Cortex-M23, se dirige específicamente a los dispositivos IoT y a la eficiencia energética para manejar la energía en las fases activa y de suspensión de las MCU con la misma eficiencia energética que el Cortex-M0+.
Conectividad inalámbrica y tecnología IoT
La conectividad inalámbrica confiable y generalizada es la piedra angular de las ciudades inteligentes. La estructura de las TIC es esencialmente una red inteligente de objetos y máquinas conectados que transmiten datos utilizando tecnología inalámbrica y la nube. Las aplicaciones de IoT ayudan a las comunidades a mejorar la distribución de energía, acelerar la recolección de basura, reducir la congestión del tráfico y también mejorar la calidad del aire.
Los municipios, las empresas y los ciudadanos pueden tomar mejores decisiones que mejoren la calidad de vida con la ayuda de aplicaciones de IoT basadas en la nube que reciben, analizan y generan datos en tiempo real.
Con la ayuda de soluciones innovadoras de IoT, los gobiernos ahora están aprovechando las tecnologías celulares y de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) para conectar y mejorar la infraestructura, la eficiencia, la conveniencia y la calidad de vida tanto de los residentes como de los visitantes. Las tecnologías LPWAN están evolucionando rápidamente para lograr rentabilidad y ubicuidad. Tecnologías como LTE Cat M, NB-IoT, LoRa, Bluetooth y algunas otras están contribuyendo a la construcción de ciudades inteligentes.
Los teléfonos inteligentes y los dispositivos móviles, así como los automóviles y los hogares conectados, ayudan a los ciudadanos a interactuar con los ecosistemas de las ciudades inteligentes de diversas maneras. Al vincular dispositivos y datos con la infraestructura física y los servicios de una ciudad, es posible reducir costos y mejorar la sostenibilidad.
Los elementos tradicionales de la vida urbana, como el alumbrado público, pueden transformarse en plataformas de iluminación inteligente de próxima generación con capacidades ampliadas. Los automóviles conectados pueden comunicarse con parquímetros y estaciones de carga de vehículos eléctricos (EV) y dirigir a los conductores al espacio abierto disponible más cercano. Es posible que pronto sea posible cargar incluso desde el propio poste.
Otros planes incluyen integrar energía solar y conectarse a un sistema de control central basado en la nube que se conecta a otros activos del ecosistema. Los LED incorporados de alta potencia pueden alertar a los pasajeros sobre problemas de tráfico y proporcionar advertencias sobre mal tiempo y accidentes. Los sensores y los automóviles que ajustan la cadencia y el tiempo de la luz ayudan a los semáforos conectados a recibir datos para responder al tráfico en tiempo real, reduciendo así la congestión en las carreteras.
Altavoces inteligentes
Los parlantes inteligentes con control de voz que funcionan con baterías se caracterizan por un consumo de energía ultrabajo (activo y en espera) y una respuesta en tiempo real. Con la elección adecuada de la arquitectura de memoria flash, se puede optimizar su rendimiento y costo.
Debido a que los usuarios desean una batería de larga duración, los parlantes inteligentes que funcionan con baterías deben tener un consumo de energía ultrabajo durante el estado de inactividad. También deben proporcionar una respuesta inmediata tan pronto como los usuarios pronuncien su palabra de comando. Pero los altavoces inteligentes sólo pueden ser eficaces cuando mantienen el consumo medio de energía lo suficientemente bajo como para funcionar con baterías. No es necesario que estén conectados a una alimentación externa todo el tiempo. Por lo tanto, un sistema de IA energéticamente eficiente se vuelve imperativo.
Dado que los algoritmos de IA en tiempo real requieren mucha potencia de CPU, se necesita una CPU grande y potente con mucha memoria. Y como los usuarios quieren una batería de mayor duración, el sistema debe tener un consumo de energía ultrabajo mientras los algoritmos de IA intentan detectar la palabra de activación rápidamente. El dispositivo debe poder proporcionar una respuesta inmediata tan pronto como los usuarios pronuncien su palabra de comando.
Estos requisitos no se pueden lograr con un solo núcleo de CPU y un sistema de memoria. La solución pasa por utilizar dos o más núcleos, con diferentes sistemas de memoria. Puede tener la forma de dos MCU separadas o un sistema en chip (SoC) de un solo chip con una CPU de múltiples núcleos, una sola MCU, un acelerador de IA, una GPU o cualquiera de estas combinaciones. Estos sistemas requieren memoria que va desde unos pocos cientos de megabytes hasta varios gigabytes, a diferencia de los sistemas que se limitan a manejar sólo unos pocos comandos hablados que requieren mucha menos memoria.
Estudios de caso sobre ciudades inteligentes sostenibles
El objetivo de las ciudades inteligentes es mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos a través de medios tecnológicos, integrando soluciones de tecnología, información y datos con la sostenibilidad como valor clave. La basura inteligente puede enviar datos automáticamente a las empresas de gestión de residuos y programar la recolección cuando sea necesario, en lugar de seguir un cronograma planificado previamente.
Como una ciudad inteligente sigue un marco predominantemente de TIC, se esfuerza por desarrollar, implementar y promover prácticas de desarrollo sostenible para abordar los crecientes desafíos de la urbanización.
La ciudad de Columbus, EE.UU., ha propuesto el despliegue de tres autobuses eléctricos autónomos para conectar un nuevo centro de tránsito rápido con una zona comercial, conectando a más residentes con puestos de trabajo. También utilizará análisis de datos para mejorar el acceso a la atención médica en un vecindario que actualmente tiene una alta tasa de mortalidad infantil; permitirá a la ciudad ofrecer mejores opciones de transporte a quienes más necesitan atención prenatal.
Otro caso destacable es el de la capital danesa, Copenhague, que se ha fijado la ambición de convertirse en la primera capital neutra en carbono en 2025. Ha comenzado a aplicar con éxito las siguientes soluciones urbanas sostenibles para afrontar el cambio climático:
- Las soluciones integradas de transporte y ciclismo han dado como resultado una mayor movilidad, una reducción de la congestión y una mejor salud de sus ciudadanos. En lugar de conducir o utilizar el transporte público, aproximadamente el 45% de los habitantes de Copenhague van en bicicleta al trabajo o a la escuela todos los días, lo que generalmente es una alternativa mucho más saludable.
- Un nuevo sistema de refrigeración urbana, en el que se toma agua fría del agua del puerto, ahorra un 70 % de energía en comparación con el aire acondicionado tradicional. En el sistema de refrigeración se utiliza agua de mar y un refrigerante natural respetuoso con el medio ambiente, el amoníaco. La planta central de la ciudad produce agua fría y la distribuye a través de una red de tuberías a los clientes.
- De noviembre a abril, cuando el agua de mar está lo suficientemente fría, funciona solo en una unidad de free-cooling con intercambiadores de calor de placas. En los demás meses, el agua de mar actúa como agente refrigerante en los condensadores de las enfriadoras de compresores que utilizan amoniaco como refrigerante natural. Durante los meses de verano, cuando la demanda es mayor, la planta utiliza un enfriador por absorción que funciona con el vapor residual de una planta de incineración de desechos local, un proceso llamado "enfriamiento por absorción".
- Copenhague está desarrollando el parque Hans Tavsens, que servirá como captación de agua de lluvia para el barrio, capaz de capturar y almacenar 18.000 metros cúbicos de agua de lluvia en un momento dado.
- También existe un plan para regenerar la zona interior de Nørrebro de la ciudad, abordando en particular el problema de las tormentas eléctricas (precipitaciones repentinas y fuertes que pueden provocar inundaciones y otros problemas).
Seguridad, privacidad y otras preocupaciones
Los ciudadanos de las ciudades inteligentes pueden obtener una capa adicional de protección y apoyo de emergencia a través de cámaras conectadas, sistemas viales inteligentes y sistemas de monitoreo de seguridad pública, cuando sea necesario. Además, los planificadores urbanos pueden aprovechar la conectividad generalizada, los datos abiertos, la seguridad de extremo a extremo y las soluciones de monetización de software para alinear las necesidades cambiantes de las ciudades inteligentes para una experiencia mucho mejor para todos los socios del ecosistema.
Para defenderse de los piratas informáticos, los ciberataques y el robo de datos, las ciudades inteligentes necesitan bóvedas de datos físicas y soluciones sólidas de autenticación y gestión de identidad.
Existe una necesidad urgente por parte de todos los socios del ecosistema (gobiernos, empresas, proveedores de software, fabricantes de dispositivos, proveedores de energía y proveedores de servicios de red) de integrar soluciones que cumplan con los objetivos de seguridad fundamentales.
Una ciudad inteligente no puede prosperar sin un acceso a los datos viable, en tiempo real y confiable. Las soluciones de seguridad deben evitar efectos adversos, por lo que la forma en que se recopila, destila y comparte la información se vuelve fundamental.
Dado que las ciudades inteligentes dependen de datos confiables y precisos, es necesario tomar medidas para garantizar que los datos sean precisos y estén libres de manipulación. También debe tomar medidas para evitar la divulgación no autorizada de detalles confidenciales sobre los consumidores de datos.
Además, las interacciones de los usuarios con sistemas sensibles deben ser difíciles de falsificar y tener una protección de integridad confiable. Para garantizar que los datos solo se compartan con partes autorizadas, es necesario integrar soluciones sólidas de autenticación y gestión de identidad en el ecosistema. Estas medidas también protegen los sistemas back-end contra intrusiones y piratas informáticos.
Todos los participantes del ecosistema comparten información y la combinan con datos contextuales que se analizan y se actúa en tiempo real. Las ciudades inteligentes deben abordar las preocupaciones sobre la privacidad y el miedo a las violaciones de seguridad en el proceso de intercambio de información. Por lo tanto, resulta crucial para varios sectores lograr resultados mejores y sostenibles a través del análisis de información contextual y específica del sector en tiempo real compartida entre sistemas de tecnología operativa.
Sin duda, el futuro de las ciudades inteligentes es muy prometedor, pero aún es necesario abordar todas estas cuestiones para proporcionar una plataforma mejor escalable para una conectividad de red segura y confiable. Las limitaciones en términos de presupuesto, recursos y actualizaciones continuas de software son otras cuestiones que afectan la implementación de ciudades inteligentes. La solución a estos problemas es desarrollar tecnología más inteligente y un uso más eficiente para evitar sobrecostos. La clave es desarrollar plataformas tecnológicas significativas y soluciones de IoT sin inversiones masivas.