Desmitificando Internet das Coisas: produtos inteligentes e produtos conectados

Será que todos os equipamentos inteligentes com sensores que estejam conectados à Internet podem ser considerados dispositivos IoT?

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5:26 pm - 05 de abril de 2021

Edelvicio Souza Junior

Nota: Em minhas atividades como Professor e Consultor, tenho notado que ainda há muito desconhecimento por parte de executivos e gestores, que lidam com atividades não técnicas, acerca de conceitos e do potencial de utilização das plataformas IoT em seus modelos de negócios. Este é o segundo artigo de uma série de artigos que publicarei, onde irei abordar, numa linguagem não técnica, conceitos, mitos, a arquitetura básica das plataformas IoT, as tecnologias exponenciais habilitadoras de IoT, privacidade de dados e aplicações típicas, com o objetivo de desmistificar o entendimento acerca da Internet das Coisas e uniformizar conceitos.

Você pode acessar o primeiro artigo (Desmitificando IoT- Conceitos Básicos) no link: https://itforum.com.br/coluna/desmitificando-a-internet-das-coisas-iot-conceitos-basicos/

 

No primeiro artigo da série vimos que de uma forma simples e didática, três elementos básicos configuram uma plataforma IoT: coisas com sensores e atuadores, ambiente de conectividade e as aplicações.

Vimos que as coisas a serem conectadas possuem um ou mais sensores, que farão o monitoramento ou medição de uma ou mais condições específicas. Os dados coletados, ou obtidos de fontes externas, serão analisados (localmente ou remotamente) e serão compartilhados com o ambiente de aplicações (residente localmente ou remotamente), para que os algoritmos os transformem em informações e executem as ações necessárias de forma autônoma.

A conceituação de Coisa (objetos físicos ou seres vivos) é bem simples e pode efetivamente se relacionar a qualquer coisa onde a coleta e o tratamento de dados necessitem de um monitoramento ou medição: Como exemplo, temos uma turbina de avião, um relógio inteligente, robôs, medidores de utilitários, um equipamento médico, um motor de automóvel, uma lâmpada inteligente, organismos vivos, como plantas, animais e pessoas.

 Há muita confusão ainda hoje do que possa ser caracterizado com um dispositivo IoT. Não basta que ele tenha uma capacidade de processamento, sensores coletando dados, uma inteligência local, esteja conectado na Internet via um ambiente de conectividade, para que seja considerado um dispositivo IoT.

Parte desta confusão se deve ao fato de existirem Coisas Inteligentes e Coisas Conectadas e nem sempre elas se caracterizam como dispositivos IoT. De forma isolada, elas não caracterizam um dispositivo IoT.

Parece confuso? Vou explicar melhor:

Para termos uma definição mais didática, vamos chamar as Coisas Inteligentes de Produtos Inteligentes e as Coisas Conectadas de Produtos Conectados, caracterizados como:

Produtos inteligentes – São produtos que normalmente incorporam sensores controladores, processadores, dispositivos programáveis ou chips de aplicações específicas; estruturas de armazenamento de dados; controladores; software; sistema operacional embarcado, dentre outros, e que possuem a capacidade de operar autonomamente, normalmente, seguindo um cronograma de atividades previamente programado. Embora não seja obrigatório para o seu funcionamento, os Produtos Inteligentes podem estar conectados a um ambiente externo, via componentes de conectividade. Como exemplo, temos um drone programado para colher fotos de um determinado cenário (por exemplo, uma plantação ou uma torre de energia eólica), a partir de eventos pré-programados. Neste exemplo, o drone pode até transmitir essas fotos para um ambiente externo, mas, nenhuma ação foi realizada de forma autônoma no ambiente monitorado, a partir das fotos que foram coletadas.

Produtos conectados – São produtos com sensores, microprocessadores, atuadores e controladores que se comunicam utilizando os componentes de conectividade, realizam a coleta de dados e permitem que algumas de suas funções sejam controladas remotamente por um Produto Inteligente através dos componentes de conectividade. Como exemplo, tomemos o sistema de telemetria de um carro de Fórmula 1, que coleta dados do carro e monitora eventos em tempo real, e os transmite para a equipe de controle. De posse desses dados, a equipe informa ao piloto ajustes que devem ser feitos manualmente para otimizar ou mesmo corrigir possíveis desvios, ou mesmo, procede novos ajustes após o treino ou corrida. Note que neste exemplo, nenhuma ação foi executada de forma autônoma, a partir dos dados coletados ou monitorados.

De forma isolada, como descrito acima, os Produtos Inteligentes e os Produtos Conectados não caracterizam um dispositivo IoT. Entretanto, quando temos um ambiente, onde os Produtos Inteligentes operam de forma conjunta com os Produtos Conectados (formando os Produtos Inteligentes e Conectados), temos a caracterização de um dispositivo IoT, desde que as ações que se espera desse dispositivo IoT sejam executadas de forma autônoma, independente de uma ação humana.

Vamos ver agora outros dois exemplos, para fixar os conceitos:

  1. Um usuário de um smartwatch ou smartband programa seu dispositivo para colher os seus sinais vitais durante o dia e quando estiver realizando atividades físicas. Todos os dias, os dados coletados e o monitoramento que é feito de seus sinais vitais é salvo via App na nuvem e gráficos são gerados para acompanhamento. Muitos citam este exemplo como um caso de uma aplicação IoT, mas não é, pelo simples fato de que nenhuma ação autônoma foi executada a partir dos dados coletados em casos de anomalias. Entretanto, se a aplicação utilizada, a partir de uma alteração crítica, por exemplo no batimento cardíaco ou na oxigenação, de forma autônoma, disparasse alertas para o usuário do dispositivo, para seus familiares e, no limite, para um médico ou mesmo o SAMU, aí sim teríamos uma aplicação IoT;
  2. Outra aplicação que causa muita dúvida é a utilização de assistentes de navegação (ex. Google Maps ou Waze). Quando você está dirigindo o seu veículo, orientando sua navegação pelas informações fornecidas por um assistente de navegação, não se caracteriza como uso de aplicação IoT. Entretanto, num caso típico de um carro autônomo, que esteja utilizando das informações de um desses assistentes de navegação para orientar a sua rota, sem nenhuma intervenção humana, teríamos a caracterização de uma aplicação IoT.

Já que temos a conceituação de Produtos Inteligentes e Conectados, vamos conhecer quais são as camadas tecnológicas desses produtos, numa Plataforma IoT:

  1. a) Componentes Físicos – abrangem as partes elétricas e mecânicas funcionais, os processadores, dispositivos de armazenamento local, controladores, sensores, atuadores, estrutura de armazenamento de dados, software embarcado e, normalmente, um sistema operacional integrado, com uma melhor interface com o usuário, dentre outros;
  2. b) Componentes de Conectividade – abrangem todos os dispositivos de comunicação de dados (com ou sem fio) utilizados que permitem as conexões dos Componentes Físicos com a Infraestrutura de Aplicações;
  3. c) Infraestrutura de Aplicações – integra os diversos componentes de hardware e software, que podem estar remotos ou residentes no ambiente dos componentes físicos, necessários no conjunto para o armazenamento e processamento dos dados coletados e execução das ações autônomas. Estão aqui residentes, por exemplos, as aplicações que utilizam algoritmos de Inteligência Artificial, de Big Data Analytics e os algoritmos (regras que orientam o produto para responder de forma autônoma a alterações específicas em sua condição ou seu ambiente), dentre outras.

Adicionalmente, existe a camada tecnológica de Segurança da Informação, que permeia todas as camadas anteriores e que é crítica para o funcionamento seguro do ambiente e que implementa as funcionalidades para garantir a privacidade e confiabilidade no tratamento, armazenamento e envio de dados.

Os Produtos Inteligentes e Conectados permitem um conjunto inteiramente novo de funções e capacidades do produto, que podem ser agrupadas em quatro áreas (monitoramento, controle remoto, otimização e autonomia). Um produto pode incorporar todas as quatro ou combinações dessas, a partir da implementação conjunta com a função de monitoramento em ordem crescente, conforme ordem apresentada, viabilizando um enorme conjunto de funcionalidades que podem ser implementadas com as Plataformas IoT, tais como:

  1. os produtos podem monitorar e relatar suas próprias condições e do ambiente, ajudando a gerar informações em tempo real sobre desempenho e utilização;
  2. o usuário ganha a possibilidade de controlar remotamente o funcionamento dos produtos, podendo customizar funções, desempenho e, mesmo, assumir o controle deles para operá-los em ambientes perigosos, hostis ou pouco acessíveis;
  3. O software embarcado no produto ou residente na nuvem permite o controle das funções do produto ou a personalização da experiência do usuário;
  4. a utilização de algoritmos que podem melhorar significativamente o desempenho, a realização de diagnósticos, manutenção e reparos preventivos, o aumento da vida útil do produto e a maneira como os produtos se comunicam e combinam com outros em sistemas mais complexos;
  5. os produtos podem ganhar autonomia, sendo capazes de aprender, adaptar-se ao ambiente e às preferências do usuário, executar automanutenção e autodiagnostico e a funcionar por conta própria, de forma autônoma.

Aplicações críticas não podem ficar dependentes de conexões para o seu funcionamento. De forma a não depender do acesso remoto às aplicações inteligentes (normalmente, baseadas em aplicações que utilizam algoritmos de inteligência artificial), cresce o uso da chamada Computação de Borda (Edge Computing), que transfere para a proximidade da aplicação (borda) a estrutura de armazenamento, de análises avançados e de processamento, visando atender aos requisitos de aplicações que que não podem ser resolvidos com a abordagem de centralização na nuvem (Cloud Computing), principalmente aquelas aplicações que necessitam de baixa latência ou que são sensíveis à questões de segurança rígidas e quedas de conexões (exemplos: realidade aumenta e carros autônomos). Com isso, consegue-se a capacidade de realizar grandes análises e agregações de dados localmente, possibilitando a tomada de decisões quase imediata.

Somando ao potencial que a Computação de Borda oferece, uma técnica que tem ganho crescente utilização é o Aprendizado de Máquina Incorporado (Embedded Machine Learning), onde é possível executar modelos de aprendizado de máquina em todos os tipos de dispositivos embarcados, desde sistemas embarcados em rede e móveis, semicondutores de aplicações especificas (ASIC) que incorporam algoritmos de inteligência artificial (os chamados Chips AI),  até microcontroladores de pequena escala, onde os modelos de Machine Learning, como redes neurais, são treinados em clusters de computação ou na nuvem, enquanto as operações de inferência e a execução dos modelos ocorrem nos dispositivos incorporados..

Dentre as implementações de Aprendizado de Máquina Incorporado, o Tiny Machine Learning (ou TinyML) apresenta o diferencial de permitir a implementação dos algoritmos de Machine Learning (ML) em dispositivos de baixo custo e de baixo consumo de energia, como sensores ou microcontroladores, capazes de executar diferentes funções, para executar tarefas automatizadas (como por exemplo, atender comandos em áudio, aplicações que utilizam reconhecimento facial para autenticação ou monitorar características ambientais), adotando a mesma arquitetura e abordagem de ML, podendo expandir a utilização dos bilhões de sensores e microcontroladores que são implementados em aplicações IoT.

Além de não depender da disponibilidade de conexão ao ambiente remoto e do processamento na nuvem, as implementações de Computação de Borda e Aprendizado de Máquina Incorporado, garantem uma maior segurança e privacidade no armazenamento, processamento e transferência dos dados, que não ficam expostos no ambiente de conexão, além de trazerem uma economia de energia, redução da emissão de CO2 e diminuição na latência das aplicações. Em outro artigo, abordarei com mais profundidade a Computação de Borda e Aprendizado de Máquina Incorporado.

Cabe frisar que o Aprendizado de Máquina Incorporado não deve ser visto como um substituto para as aplicações de IA baseada na nuvem. Na maioria dos casos, o Aprendizado de Máquina Incorporado complementa os aplicativos baseados em nuvem com funcionalidades de valor agregado, como operações de controle em tempo real e gerenciamento de privacidade para conjuntos de dados confidenciais.

Em 2011, Marc Andreessen, um dos fundadores da Netscpe, escreveu um artigo no The Wall Street Journal (Porque Software está Comendo o Mundo) descrevendo as mudanças tecnológicas e econômicas que estavam por vir para mostrar que as empresas de software estavam impactando o mercado na época. Ele introduziu a clássica frase: “O software está comendo o mundo. No futuro, todas as empresas se transformarão em empresas de software”.

As plataformas IoT são o exemplo mais claro de que a previsão de Marc Andreessen estava correta.

Cada vez mais, componentes físicos são convertidos em rotinas de software, residentes na nuvem ou no próprio ambiente do dispositivo, permitindo a configuração remota de funcionalidades, inclusive, em níveis incrementais, facilitando sobremaneira as atividades de manutenção, correção de bugs e atualizações, que passam a ser feitas no modo over-the-air (baixada e instalada de forma automática e em tempo real).

Isto permite que os produtos sejam configurados via APP, como funcionalidades residentes na nuvem. O melhor exemplo que caracteriza este fato é a indústria automobilística. Os carros se tornam cada vez mais inteligentes e conectados, com a utilização crescente de sensores, controladores, processadores e chips de aplicação específica, substituindo, muitas vezes, dispositivos mecânicos existentes em carros convencionais. A simples aquisição desses veículos é feita via APP, sem a necessidade de o cliente ir a uma loja física. Novas funcionalidades podem ser incorporadas pelo fabricante ao longo do tempo, o que permite ao cliente a aquisição dessas novas funcionalidades de acordo com as suas necessidades ou interesses. O próprio conceito de recall físico para a ser feito por uma atualização de software.

Para exemplificar esta mudança profunda pela qual está passando o setor automobilístico, a Volkswagen anunciou recentemente o seu novo modelo de negócios e plataforma tecnológica, focada no desenvolvimento de veículos elétricos, inteligentes e conectados, e uma das diretrizes definidas foi de que a empresa contratará 10.000 programadores nos próximos anos, se tornando a segunda maior empresa de software da Europa, ficando atrás apenas da SAP.

Nunca como agora, o próprio produto se transformou numa nova fonte de dados que está complementando fontes tradicionais de dados utilizados pela indústria, o que faz com que o ciclo de produção não se encerre quando do lançamento do produto e perpetue por todo o ciclo de vida do produto.

Elon Musk, CEO da Tesla, SpaceX, OpenAI e Neuralink tem uma frase que resume este novo contexto tecnológico:  ¨ A fábrica se torna mais um produto que o próprio produto¨.

As Plataformas IoT trouxeram uma revolução em praticamente todos os setores e no modo como nos relacionamos com os produtos, que, antes eram compostos basicamente por partes elétricas e mecânicas, e se transformaram em sistemas complexos, que combinam hardware, sensores, controladores, estrutura de armazenamento de dados, microprocessadores, software, algoritmos de inteligência artificial e ambiente de conectividade, dentre outros, em inúmeras modelos de configuração.

Agora que já conceituamos os Produtos Inteligentes e Produtos Conectados, que são a base das Plataformas IoT, irei abordar no próximo artigo da série alguns mitos do IoT. Você entende que IoT é uma extensão da Internet e que todos os dispositivos IoT se conectarão à Internet? Esses e outros mitos serão abordados no próximo artigo.

Que tal ler os outros artigos da série Desmitificando IoT?

Referências: Como produtos inteligentes e conectados estão transformando as empresas. Michael E. Porter e James E. Heppelmann – Harward Business Review e Plano Nacional de IoT.

 *Edelvicio Souza Junior – Especialista em Inovação Industrial da Embrapii (Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial) e professor convidado da Fundação Dom Cabral em temas relacionados com a Inovação, Internet das Coisas e Transformação Digital, onde atua em projetos de formação de liderança inovadora para executivos C-Level envolvidos em projetos de digitalização de negócios. É membro do Conselho de Tecnologia e Inovação da Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais. É membro do Comitê de avaliação do prêmio 100 empresas mais inovadoras do Brasil (edições 2020 e 2021), organizado pela IT Mídia. Foi membro da Câmara IoT, coordenada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações, que elaborou o Plano Nacional de IoT.

 

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