Sistema ciberfísico

Un sistema ciberfísico es un  concepto de tecnología de la información que implica la integración de recursos informáticos en entidades físicas de cualquier tipo, incluidos objetos biológicos y creados por el hombre. En los sistemas ciberfísicos, el componente computacional se distribuye por todo el sistema físico, que es su portador, y se vincula sinérgicamente con sus elementos constituyentes [1] .

Introducción

En dicho sistema , los sensores , equipos y sistemas de información están conectados a lo largo de toda la cadena de valor, extendiéndose más allá de una sola planta o negocio. Estos sistemas se comunican entre sí mediante protocolos estándar de Internet para predecir, autoajustarse y adaptarse al cambio.

El uso activo del término comenzó como parte del proyecto Work 4.0 ( inglés ) del gobierno alemán para la informatización de la industria [2] . Los sistemas ciberfísicos pertenecen a la cuarta revolución industrial . La primera revolución industrial tuvo lugar gracias a la máquina de vapor, aumentando drásticamente la productividad laboral en el siglo XIX, la segunda estuvo marcada por la producción en masa a principios del siglo XX mediante el uso de la electricidad. La tercera revolución puede considerarse intermedia e incluye robots industriales y automatización desde principios de la década de 1970, respectivamente, la cuarta revolución industrial significa el surgimiento de una industria totalmente digital basada en la penetración mutua de la tecnología de la información y la industria.

Tendencias tecnológicas

Es posible enumerar las tendencias tecnológicas clave que subyacen a los sistemas ciberfísicos. De forma aislada, ya se utilizan en varios campos, pero cuando se integran en un todo único, cambian la relación existente entre productores, proveedores y compradores, así como entre el hombre y la máquina [3] [4] .

• Análisis de big data : la recopilación  y evaluación exhaustiva de datos de diferentes fuentes se convertirá en el estándar para la toma de decisiones en tiempo real.
• Inteligencia artificial  : uso masivo en varios campos de sistemas automatizados aplicados con inteligencia artificial especializada que ha superado el aprendizaje automático . Ya hoy en día se utiliza en la creación de sistemas de visión artificial , en asistentes virtuales automatizados , en la automatización del proceso de programación , en el reconocimiento de voz , en sistemas de traducción automática de un idioma a otro, en atención al cliente y en la creación de " líneas directas " para el cliente. soporte ( centros de llamadas ) y otras áreas.
• Robots autónomos  : los robots industriales ya pueden realizar tareas bastante complejas, pero los sistemas de visión por computadora permitirán que los robots interactúen entre sí y corrijan automáticamente sus acciones, y las personas pueden estar cerca de ellos, influir en ellos, y esto será seguro. Se pueden utilizar con eficacia en industrias peligrosas , en la automatización de operaciones predecibles, en la hostelería y el turismo.
• Los vehículos autónomos  y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) son un tipo de transporte basado en un sistema de control autónomo, con distintos grados de autonomía: desde controlados a distancia hasta completamente automáticos. El objetivo principal del transporte autónomo es trasladar pasajeros o mercancías . Y los UAV pueden resolver tareas de reconocimiento, tareas de fotografía y videovigilancia en tierra, verificar el estado de la infraestructura, transmitir mensajes y datos, entregar bienes y se utilizan en agricultura de precisión .
• Computación en la nube  : se requerirá una integración más profunda del sistema, tanto horizontalmente entre proveedores y clientes, como verticalmente a través de diferentes funciones y operaciones. Las tecnologías en la nube permiten crear plataformas para la colaboración y el intercambio de datos entre socios distribuidos geográficamente.
• Computación cuántica  : los cálculos que utilizan algoritmos cuánticos permiten en una computadora cuántica , en algunos casos, una aceleración mil veces mayor del aprendizaje automático y el análisis de big data , lo que ayuda a modelar el comportamiento de moléculas complejas para el desarrollo de nuevos medicamentos y materiales avanzados [5 ] , resuelve problemas logísticos complejos o ayuda a tomar otras soluciones tecnológicas óptimas [6] .
• " Internet de las cosas ": las lecturas de sensores y sensores generalmente caen en un sistema de control de procesos centralizado, y las decisiones ya se toman en este nivel. En el futuro, las capacidades proporcionadas por los sistemas integrados permitirán que los dispositivos se comuniquen entre sí y descentralicen la toma de decisiones. Por ejemplo, puede utilizar etiquetas de radiofrecuencia para productos semielaborados: una línea de producción automatizada, al leer la etiqueta, decidirá (en tiempo real) qué operación aplicar a un producto semielaborado en particular. También se utiliza para el seguimiento de mercancías y materiales, la gestión del suministro de repuestos, la evaluación comparativa de la eficiencia de uso y la obtención de datos de mercado en tiempo real.
• Realidad aumentada  : la tecnología se encuentra en la etapa inicial de su desarrollo, pero en el futuro permitirá a los trabajadores acelerar la toma de decisiones. Por ejemplo, un trabajador puede recibir instrucciones sobre cómo arreglar o reemplazar una pieza rota en un sistema de producción mientras lo mira a través de gafas de realidad aumentada. También se puede utilizar en educación, exposiciones virtuales, impresión y publicidad, y comercio minorista.
• Realidad Virtual y el Metaverso  : la tecnología también se encuentra en las etapas iniciales de su desarrollo, lo que sugiere que en el futuro, la mayoría de los contactos y comunicaciones entre personas y otros objetos (empresas, servicios, etc.) se trasladarán a una virtualidad permanente. espacio en el que las personas pueden interactuar entre sí y con objetos digitales a través de sus avatares , utilizando tecnologías de realidad virtual . También se puede utilizar en ingeniería y construcción, fabricación y desarrollo de productos, educación y formación, y comercialización .
• Modelado y simulación  : los ingenieros ya están utilizando el modelado 3D en la fase de diseño de productos o procesos. En el futuro, las tecnologías de big data permitirán el uso de varias simulaciones en tiempo real. Por ejemplo, en la etapa de producción, el operador podrá simular virtualmente el proceso físico, teniendo en cuenta las materias primas y las personas disponibles, reduciendo así el tiempo de configuración del equipo y mejorando la calidad.
• Impresión  3D: las impresoras 3D se utilizan principalmente para la creación de prototipos o componentes individuales, además, la impresora 3D se puede utilizar ampliamente para la producción de lotes pequeños de productos personalizados, sus ventajas de diseño y la naturaleza descentralizada de la producción reducirán los costos de transporte e inventario. También se utiliza en el cuidado de la salud en la creación de dispositivos médicos inteligentes e individuales, en la individualización de bienes y en la producción remota.
• La electrónica impresa  es la creación de circuitos electrónicos mediante equipos de impresión , que permite aplicar tintas especiales (conductoras, semiconductoras, resistivas, etc.) a la superficie de un sustrato plano y, así, formar sobre él elementos activos y pasivos , así como como interconexiones de acuerdo con el esquema eléctrico .
• La nanotecnología es un campo de la ciencia y la tecnología  fundamentales y aplicadas que se ocupa de los métodos para el desarrollo, la producción y el uso de productos con una estructura atómica determinada mediante la manipulación controlada de átomos y moléculas individuales .
• Las neurotecnologías  son cualquier tecnología que tiene un impacto fundamental en cómo las personas entienden el cerebro y varios aspectos de la conciencia , la actividad mental, las funciones mentales superiores , incluidas también las tecnologías que están diseñadas para mejorar y corregir las funciones cerebrales.
• " Blockchain ": el término apareció como el nombre de una base de datos distribuida completamente replicada implementada en el sistema " Bitcoin ", razón por la cual la cadena de bloques a menudo se identifica con el libro mayor de transacciones en varias criptomonedas . Sin embargo, la tecnología blockchain se puede extender a cualquier bloque de información interconectado, y ahora blockchain ya está encontrando aplicaciones en áreas tales como: transacciones financieras , registros de activos y derechos de propiedad, contratos inteligentes , trazabilidad de información y lugar de origen, identificación de usuarios y la creación de otras tecnologías de ciberseguridad [7] .
• Seguridad de la información  : muchas empresas utilizan sistemas de gestión y producción basados ​​en tecnologías patentadas o no tienen acceso a Internet, pero a medida que se amplían las relaciones con los socios, el uso de estándares y protocolos abiertos aumenta drásticamente los riesgos de seguridad de la información. La protección de los sistemas industriales requerirá no solo comunicaciones seguras y de alta calidad, sino también sistemas de gestión de cuentas y control de acceso (Identity and Access Management).

Influencia

Los sistemas ciberfísicos cubren industrias y países enteros a diferentes velocidades y en diferentes direcciones.

Las industrias con una amplia línea de productos, como la automotriz y la alimentaria, se benefician de la flexibilidad de los sistemas ciberfísicos y del crecimiento de la productividad. Las industrias que requieren alta calidad, como la electrónica y la farmacéutica, se benefician del uso de big data y análisis, la mejora continua en la calidad y funcionalidad del producto.

Los países desarrollados con un alto costo de mano de obra calificada pueden aprovechar la creciente demanda de trabajadores calificados. Los países en desarrollo, con jóvenes capacitados en TI y mecatrónica , pueden saltar varios hitos tecnológicos y crear conceptos de producción completamente nuevos.

En general, formas más flexibles, rápidas y eficientes de obtener bienes de calidad a precios reducidos conducen al crecimiento de la economía, empleos calificados y, en última instancia, cambian la competitividad de las empresas y las regiones.

Véase también

• mecatrónica

Notas

1. ↑ R. G. Sanfelice. Análisis y Diseño de Sistemas Ciber-Físicos. Un enfoque de sistemas de control híbrido // Sistemas ciberfísicos: de la teoría a la práctica / D. Rawat, J. Rodrigues, I. Stojmenovic. - CRC Press, 2016. - ISBN 978-1-4822-6333-6 .
2. ↑ Centro Europeo de Estrategia Política (2016). El futuro del trabajo: habilidades y resiliencia para un mundo de cambios. EPSC Strategic Notes , Número 13. Consultado el 3 de mayo de 2018. . Consultado el 31 de marzo de 2020. Archivado desde el original el 8 de febrero de 2020. (indefinido)
3. ↑ PricewaterhouseCoopers. Ocho tecnologías clave para los negocios  (ruso)  ? . PwC. Fecha de acceso: 15 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2019.  (indefinido)
4. ↑ Klaus Schwab , Nicholas Davies. Tecnologías de la Cuarta Revolución Industrial = Dar forma a la Cuarta Revolución Industrial Archivado el 11 de febrero de 2022 en Wayback Machine . - Eksmo, 2018. - 320 p. - ISBN 978-5-04-095565-7 .
5. ↑ Una computadora cuántica ha acelerado la selección de la composición de los materiales semiconductores de decenas de años a decenas de segundos . 3DNoticias . (10 de febrero de 2022). Consultado el 10 de febrero de 2022. Archivado desde el original el 10 de febrero de 2022. (indefinido)
6. ↑ Las grandes empresas se están fijando en la computación cuántica . ServerNews.ru (9 de enero de 2022). Consultado el 10 de febrero de 2022. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2022. (indefinido)
7. ↑ El mundo en la cadena de bloques: donde ya se aplica la nueva tecnología . Forbes._ _ _ Consultado el 6 de mayo de 2020. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2020. (indefinido)

Literatura

• Edward A. Lee, Cyber-Fysical Systems - ¿Son adecuados los fundamentos informáticos? Archivado el 20 de octubre de 2017 en Wayback Machine .
• Paulo Tabuada, Sistemas Ciberfísicos: Documento de Posición
• Rajesh Gupta, Modelos y métodos de programación para acciones y razonamiento espacio-temporales en sistemas ciberfísicos
• EA Lee y SA Seshia, Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach , http://LeeSeshia.org, 2011. Archivado el 20 de febrero de 2015 en Wayback Machine .
• Chekletsov V. V. Identification and Identity in the Cyber-Physical World, 2017 Archivado el 26 de septiembre de 2018 en Wayback Machine .

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