A urbanização é um fenómeno em rápido crescimento. De acordo com as estimativas das Nações Unidas, dois terços da população mundial viverão em áreas urbanas até 2050. Tudo isto exige o desenvolvimento de iniciativas de cidades inteligentes apoiadas pela sustentabilidade ambiental, social e económica para acompanhar a rápida expansão que irá afetam fortemente os recursos das cidades em todo o mundo.
Entre os muitos avanços tecnológicos recentes, o advento da tecnologia 5G terá certamente um efeito transformador no desenvolvimento das cidades inteligentes. Irá acelerar uma combinação de sensores inteligentes, plataforma universal, tecnologias de informação e comunicação (TIC), Internet das coisas (IoT), recolha de energia, computação em nuvem e tecnologias de código aberto, compatíveis com redes de próxima geração (NGN).
Vejamos alguns dos novos avanços tecnológicos que prometem impulsionar o crescimento de cidades mais inteligentes, seguras e limpas.
Sensores inteligentes
Sensores inteligentes são usados para monitorar a poluição ambiental e outros parâmetros. A concepção e desenvolvimento de sensores inteligentes, uma plataforma de interface universal, juntamente com a estrutura IoT, não é apenas um avanço no domínio da monitorização ambiental, mas também em muitas outras áreas da cidade inteligente, tais como casa inteligente, wearables, resíduos inteligentes. gerenciamento, medição eletrônica inteligente, abastecimento inteligente de água, controle inteligente de tráfego, rede inteligente e aplicações remotas de assistência médica.
Os dados de sensores inteligentes são extraídos e processados para implementar programas ou soluções inovadoras associadas aos aspectos cotidianos da vida urbana, como postes de serviços públicos, linhas de água, ônibus, semáforos, etc. Os sensores disponibilizam os dados para uma comunidade mais ampla por meio de acesso remoto à nuvem Informática.
Como os sensores inteligentes dependem da energia das ligações sem fios utilizadas para transmitir dados, a eficiência energética e a segurança são áreas prioritárias. Agora estão em andamento esforços para desenvolver sensores mais seguros, eficientes em termos de energia e fáceis de controlar e monitorar. Fornecedores de soluções para cidades inteligentes, integradores de sistemas e projetistas de software/chips estão trabalhando em conjunto para atender à demanda por chips de baixo consumo de energia e sensores mais seguros. Estas estão a proporcionar às cidades inteligentes uma vasta gama de novas aplicações que ajudarão a melhorar as infraestruturas e os serviços.
Microchip, Analog Devices (ADI) e NXP são alguns dos fabricantes de chips que estão trabalhando ativamente para desenvolver melhores designs de chips que atendam aos requisitos de baixo consumo de energia para aplicações de energia de bateria. Os fabricantes estão produzindo muitos sensores inteligentes operados por bateria e acionados por unidades microcontroladoras (MCUs). O mais recente processador ARM Cortex-M, o Cortex-M23, visa especificamente dispositivos IoT e eficiência energética para lidar com energia nas fases ativa e de suspensão de MCUs com a mesma eficiência energética do Cortex-M0+.
Conectividade sem fio e tecnologia IoT
A conectividade sem fio confiável e generalizada é um dos pilares das cidades inteligentes. A estrutura das TIC é essencialmente uma rede inteligente de objetos e máquinas conectados que transmitem dados utilizando tecnologia sem fio e a nuvem. Os aplicativos IoT ajudam as comunidades a melhorar a distribuição de energia, agilizar a coleta de lixo, diminuir o congestionamento do tráfego e também melhorar a qualidade do ar.
Municípios, empresas e cidadãos podem tomar melhores decisões que melhorem a qualidade de vida com a ajuda de aplicações IoT baseadas na nuvem que recebem, analisam e gerem dados em tempo real.
Com a ajuda de soluções inovadoras de IoT, os governos estão agora a aproveitar as tecnologias celulares e de Low Power Wide Area Network (LPWAN) para ligar e melhorar a infraestrutura, a eficiência, a conveniência e a qualidade de vida tanto para residentes como para visitantes. As tecnologias LPWAN estão evoluindo rapidamente para alcançar eficiência de custos e onipresença. As tecnologias como LTE Cat M, NB-IoT, LoRa, Bluetooth e algumas outras estão contribuindo para a construção de cidades inteligentes.
Os smartphones e os dispositivos móveis, bem como os carros e as casas conectados, ajudam os cidadãos a interagir com os ecossistemas das cidades inteligentes de diversas formas. Ao emparelhar dispositivos e dados com a infraestrutura física e os serviços de uma cidade, é possível cortar custos e melhorar a sustentabilidade.
Elementos tradicionais da vida urbana – como a iluminação pública – podem ser transformados em plataformas de iluminação inteligente de próxima geração com capacidades expandidas. Os carros conectados podem se comunicar com parquímetros e estações de carregamento de veículos elétricos (EV) e direcionar os motoristas para o local aberto disponível mais próximo. O carregamento poderá até ser possível a partir do próprio poste em breve.
Outros planos incluem a integração da energia solar e a conexão a um sistema de controle central baseado em nuvem que se conecta a outros ativos do ecossistema. LEDs incorporados de alta potência podem alertar os passageiros sobre problemas de trânsito, fornecer avisos de mau tempo e acidentes. Sensores e carros que ajustam a cadência e o tempo da luz ajudam os semáforos conectados a receber dados para responder ao tráfego em tempo real, reduzindo assim o congestionamento nas estradas.
Alto-falantes inteligentes
Os alto-falantes inteligentes com controle de voz alimentados por bateria são caracterizados por um consumo de energia ultrabaixo (ativo e em espera) e resposta em tempo real. Com a escolha adequada da arquitetura de memória flash, seu desempenho e custo podem ser otimizados.
Como os usuários desejam uma bateria de longa duração, os alto-falantes inteligentes alimentados por bateria devem ter um consumo de energia ultrabaixo durante o estado inativo. Eles também devem fornecer uma resposta imediata assim que os usuários pronunciarem sua palavra de comando. Mas os alto-falantes inteligentes só podem ser eficazes quando mantêm o consumo médio de energia baixo o suficiente para funcionar com baterias. Eles não precisam estar conectados à alimentação externa o tempo todo. Portanto, um sistema de IA com eficiência energética torna-se imperativo.
Como os algoritmos de IA em tempo real exigem muita potência da CPU, a necessidade é de uma CPU grande e poderosa com muita memória. E, como os usuários desejam bateria de longa duração, o sistema deve ter consumo de energia ultrabaixo enquanto os algoritmos de IA tentam detectar a palavra de ativação rapidamente. O dispositivo deve ser capaz de fornecer resposta imediata assim que os usuários pronunciarem sua palavra de comando.
Esses requisitos não podem ser alcançados com apenas um núcleo de CPU e um sistema de memória. A solução é utilizar dois ou mais núcleos, com sistemas de memória diferentes. Pode estar na forma de dois MCUs separados ou um sistema em chip (SoC) de chip único com uma CPU multi-core, um único MCU, um acelerador de IA, uma GPU ou qualquer uma dessas combinações. Esses sistemas requerem memória que varia de algumas centenas de megabytes a vários gigabytes, ao contrário dos sistemas que estão limitados a lidar com apenas alguns comandos falados que requerem muito menos memória.
Estudos de caso em cidades inteligentes sustentáveis
O objetivo das cidades inteligentes é melhorar a qualidade de vida dos seus cidadãos através de meios tecnológicos, integrando soluções de tecnologia, informação e dados tendo a sustentabilidade como valor chave. O lixo inteligente pode enviar dados automaticamente para empresas de gerenciamento de resíduos e agendar a coleta como e quando necessário, em vez de um cronograma pré-planejado.
Como uma cidade inteligente segue uma estrutura predominantemente de TIC, ela se esforça para desenvolver, implantar e promover práticas de desenvolvimento sustentável para enfrentar os crescentes desafios da urbanização.
A cidade de Columbus, nos EUA, propôs a implantação de três autocarros eléctricos autónomos para ligar um novo centro de trânsito rápido a uma zona comercial, ligando mais residentes a empregos. Também utilizará a análise de dados para melhorar o acesso aos cuidados de saúde num bairro que apresenta atualmente uma elevada taxa de mortalidade infantil; permitirá que a cidade ofereça melhores opções de transporte para aqueles que mais necessitam para atendimento pré-natal.
Outro caso digno de nota é a capital dinamarquesa, Copenhaga, que estabeleceu a ambição de se tornar a primeira capital neutra em carbono até 2025. Começou com sucesso a aplicar as seguintes soluções urbanas sustentáveis para enfrentar as alterações climáticas:
- Soluções integradas de transporte e ciclismo resultaram no aumento da mobilidade e na redução do congestionamento e na melhoria da saúde dos seus cidadãos. Em vez de conduzirem ou utilizarem transportes públicos, aproximadamente 45% dos cidadãos de Copenhaga vão de bicicleta para o trabalho ou para a escola todos os dias, o que, em geral, é uma alternativa muito mais saudável.
- Um novo sistema de refrigeração distrital, onde a água fria é retirada da água do porto, economiza 70% da energia em comparação com o ar condicionado tradicional. Água do mar e um refrigerante natural ecologicamente correto – amônia – são usados no sistema de resfriamento. A planta central da cidade produz água gelada e a distribui através de uma rede de dutos aos clientes.
- De novembro a abril, quando a água do mar está suficientemente fria, funciona sozinho em uma unidade de resfriamento livre com trocadores de calor a placas. Nos demais meses, a água do mar atua como agente de resfriamento nos condensadores dos chillers compressores que utilizam amônia como refrigerante natural. Durante os meses de verão, quando a demanda é mais alta, a planta utiliza um resfriador de absorção que funciona com vapor residual de uma planta local de incineração de resíduos, um processo chamado “resfriamento por absorção”.
- Copenhague está desenvolvendo o Parque Hans Tavsens, que servirá como captação de água pluvial para o bairro, capaz de captar e armazenar 18 mil metros cúbicos de água pluvial a qualquer momento.
- Existe também um plano para regenerar a área interior de Nørrebro da cidade, abordando particularmente a questão dos aguaceiros (ataques repentinos e fortes de precipitação que podem resultar em inundações e outros problemas).
Segurança, privacidade e outras preocupações
Os cidadãos das cidades inteligentes podem obter uma camada adicional de proteção e apoio de emergência através de câmaras conectadas, sistemas rodoviários inteligentes e sistemas de monitorização da segurança pública, conforme e quando necessário. Além disso, os planeadores urbanos podem aproveitar a conectividade generalizada, os dados abertos, a segurança ponta a ponta e as soluções de monetização de software para alinhar as necessidades em evolução das cidades inteligentes para uma experiência muito melhor para todos os parceiros do ecossistema.
Para se defenderem contra hackers, ataques cibernéticos e roubo de dados, as cidades inteligentes precisam de cofres físicos de dados e soluções fortes de autenticação e gerenciamento de identidade.
Há uma necessidade urgente por parte de todos os parceiros do ecossistema — governos, empresas, fornecedores de software, fabricantes de dispositivos, fornecedores de energia e fornecedores de serviços de rede — de integrar soluções que cumpram os objetivos fundamentais de segurança.
Uma cidade inteligente não pode prosperar sem acesso acionável, em tempo real e confiável aos dados. As soluções de segurança devem evitar efeitos adversos, por isso torna-se fundamental a forma como as informações são coletadas, destiladas e compartilhadas.
Como as cidades inteligentes dependem de dados fiáveis e precisos, é necessário tomar medidas para garantir que os dados sejam precisos e livres de manipulação. Também precisa de tomar medidas para impedir a divulgação não autorizada de detalhes sensíveis sobre os consumidores dos dados.
Além disso, as interações dos usuários com sistemas sensíveis devem ser difíceis de falsificar e ter proteção de integridade confiável. Para garantir que os dados sejam compartilhados apenas com partes autorizadas, soluções fortes de autenticação e gerenciamento de ID precisam ser integradas ao ecossistema. Essas medidas também protegem os sistemas back-end contra invasões e hackers.
Todos os participantes do ecossistema compartilham informações e as combinam com dados contextuais que são analisados e acionados em tempo real. As cidades inteligentes precisam de abordar as preocupações com a privacidade e o medo de violações de segurança no processo de partilha de informações. Assim, torna-se crucial que vários sectores alcancem resultados melhores e sustentáveis através da análise de informações contextuais e específicas do sector em tempo real, partilhadas entre sistemas tecnológicos operacionais.
Sem dúvida, o futuro das cidades inteligentes é muito promissor, mas todas estas questões ainda devem ser abordadas para fornecer uma plataforma melhor escalável para uma conectividade de rede segura e fiável. As restrições em termos de orçamento, recursos e atualizações contínuas de software são outros problemas que afetam a implementação de cidades inteligentes. A solução para estes problemas é desenvolver uma tecnologia mais inteligente e uma utilização mais eficiente para evitar excessos de custos. A chave é desenvolver plataformas tecnológicas significativas e soluções IoT sem investimentos massivos.