INTEGRACION DE SISTEMAS
ELECTRONICA, CIBERNETICA Y COMPUTACION
Un sistema ciber-físico integra capacidades de computación, almacenamiento y comunicación junto con capacidades de seguimiento y/o control de objetos en el mundo físico. Los sistemas ciber-físicos están, normalmente, conectados entre sí y a su vez conectados con el mundo virtual de las redes digitales globales.
Los sistemas ciber-físicos (cyber-physical system (CPS) en inglés) son mecanismos controlados o monitoreados por algoritmos basados en computadoras y estrechamente integrados con internet y sus usuarios, utilizando herramientas derivadas de la electrónica, mecánica e informática.
En los sistemas ciber-físicos, los componentes físicos y de software están profundamente entrelazados, donde cada elemento opera en diferentes escalas espaciales y temporales, exhibiendo múltiples comportamientos, e interaccionando entre ellos de innumerables formas que cambian con el contexto, por lo tanto, se puede sintetizar que un sistema ciber-físico maneja tanto un conjunto de variables virtuales como también un conjunto de variables reales y que ambos procesos, virtual y real obtienen idénticos resultados.
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| CONCEPTO DEL SISTEMA |
Los ejemplos de CPS incluyen al sistema de red eléctrica inteligente, sistemas de automóvil autónomo, sistemas de monitoreo médico, sistemas de control del proceso, sistemas de robótica, y pilotos automáticos aeronáuticos.
CPS implica un enfoque multidisciplinario, fusionando la teoría de cibernética, mecatronica y la ciencia de diseño y de proceso. El control de los procesos es a menudo derivado a sistemas embebidos. En los sistemas embebidos se tiende a poner mas énfasis en los elementos computacionales, y menos en la relación entre los elementos computacionales y físicos.
CPS es también similar al Internet de Cosas (IoT) compartiendo la misma arquitectura básica, no obstante, CPS presenta una combinación más alta y coordinación entre elementos físicos y computacionales.
Los precursores de los sistemas ciber-físicos pueden ser encontrados en diversas áreas como la aeroespacial, la automotriz, procesos químicos, infraestructura civil, energía, salud, manufactura, transporte, diversión, y electrodomésticos.
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| LABORATORIO DE SISTEMAS CIBERFISICOS |
Visión general
A diferencia de los sistemas embebidos tradicionales, un CPS de pleno derecho está tipicamente diseñado como red de elementos que interaccionan entre sin con entradas y salidas físicas en vez de hacerlo con dispositivos aislados.
La idea está estrechamente ligada a los conceptos de robótica y redes de sensores, los que son controlados y supervisados por mecanismos de inteligencia propios del campo de la Inteligencia artificial.
Los continuos avances en la ciencia y la ingeniería mejorarán la relación entre elementos computacionales y físicos que mediante mecanismos inteligentes incrementaran dramáticamente la adaptabilidad, autonomía, eficacia, funcionalidad, fiabilidad, seguridad, y usabilidad de los sistemas ciber-físicos.
Esto ampliará el potencial de los sistemas ciber-físicos en varias dimensiones, incluyendo: intervención (p. ej., prevención de colisión); precisión (p. ej., cirugía robótica y fabricación de nivel nano-tecnológico ); operación en entornos peligrosos o inaccesibles (p. ej., búsqueda y rescate, extinción de incendios, y exploración de mar abisal); coordinación (p. ej., control de tráfico aéreo, guerra); eficacia (p. ej., cero-edificios de energía neta); y mejora de capacidades humanas (p. ej., monitoreo de salud).
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| AUGMENTED REALITY EN SISTEMAS CIBERFISICOS |
CIBERNETICA
La cibernética es el estudio interdisciplinario de la estructura de los sistemas reguladores. La cibernética está estrechamente vinculada a la teoría de control y a la teoría de sistemas. Tanto en sus orígenes como en su evolución, en la segunda mitad del siglo XX, la cibernética es igualmente aplicable a los sistemas físicos y sociales. Los sistemas complejos afectan su ambiente externo y luego se adaptan a él.
En términos técnicos, se centra en funciones de control y comunicación: ambos fenómenos externos e internos del/al sistema. Esta capacidad es natural en los organismos vivos y se ha imitado en máquinas y organizaciones. Especial atención se presta a la retroalimentación y sus conceptos derivados.
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| SISTEMAS CPS APLICADOS |
Cibernética y revolución tecnológica
La cibernética ha desempeñado un papel decisivo en el surgimiento de la actual revolución tecnológica. Alan Turing, alumno de John von Neumann (otro de los pioneros de la cibernética), ambos precursores del computador y Claude Shannon alumno de Norbert Wiener con su Teoría de la Información
Cibernética y robótica
Mucha gente asocia la cibernética con la robótica, los robots y el concepto de cyborg debido al uso que se le ha dado en algunas obras de ciencia ficción, pero desde un punto de vista estrictamente científico, la cibernética trata acerca de sistemas de control basados en la retroalimentación.
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| LABORATORIO DE ROBOTICA Y CIBERNETICA |
Red eléctrica inteligente
Desde un contexto global, la red eléctrica inteligente (o REI; smart grid en inglés) se puede definir como la integración dinámica de los desarrollos en ingeniería eléctrica y los avances de las tecnologías de la información y comunicación (o TIC), dentro del negocio de la energía eléctrica (generación, transmisión, distribución y comercialización, incluyendo las energías alternativas); permitiendo que las áreas de coordinación de protecciones, control, instrumentación, medida, calidad y administración de energía, etc., sean concatenadas en un solo sistema de gestión con el objetivo primordial de realizar un uso eficiente y racional de la energía.
Al anterior concepto también se podría dar la integración de otros actores en el área de la medición y control, como lo son las fuentes de gas y el servicio de agua.
Así, las redes eléctricas inteligentes entran a hacer parte de un macro-concepto de dominio territorial, como lo es el de las ciudades inteligentes (smart cities en inglés).
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| TECNOLOGIAS CPS EMERGENTES |
La red eléctrica inteligente es una forma de gestión eficiente de la electricidad que utiliza la tecnología informática para optimizar la producción y la distribución de electricidad con el fin de equilibrar mejor la oferta y la demanda entre productores y consumidores.
El término red inteligente se asocia a menudo con el concepto de medidores inteligentes capaces de ofrecer una facturación detallada por franjas horarias, lo que permitiría a los consumidores no solo el elegir las mejores tarifas de entre las diferentes empresas eléctricas, sino también discernir entre las horas de consumo, lo que a su vez permitiría un mejor uso de la red. Este sistema también permitiría mapear con más precisión el consumo y anticipar mejor las necesidades futuras a nivel más local.
La irrupción de las energías renovables en el panorama energético ha cambiado notablemente los flujos de energía en la red eléctrica: ahora los usuarios no solo consumen, sino que también producen electricidad a través de la misma red. Por tanto, el flujo de energía es ahora bidireccional.
Una red inteligente envía electricidad desde los proveedores a los consumidores usando una tecnología digital bidireccional para controlar las necesidades del consumidor. Esto ayuda a ahorrar energía, reducir costes e incrementar la usabilidad y transparencia.
El usar la energía de manera eficiente ayuda a reducir las emisiones de CO2 y el calentamiento global.
