El proyecto Transact, en el que participan 30 socios de nueve países europeos -entre ellos, España-, quiere dar una alternativa a aquellas tecnologías que controlan situaciones críticas para que no se saturen. Lo hacen externalizando servicios a la nube, ampliando sus funcionalidades o alargando la vida de los dispositivos, entre otras cuestiones. Con ello, se podrá desde combatir la escasez de agua hasta mejorar las aplicaciones clínicas.
Pero antes de entrar en las aplicaciones concretas, Jordi Arjona, coordinador del grupo de Sistemas Distribuidos de ITI, y Javier Coronel, coordinador del grupo de Sistemas Ciberfísicos de ITI -participante en Transact-, explican a Innovaspain en qué consiste este proyecto, sus aplicaciones y por qué es importante llevarlo a cabo.
“Existe un gran número de dispositivos que ejecutan funcionalidades de naturaleza crítica para la seguridad (seguridad traducida como safety en inglés, es decir, que puede afectar a la integridad de las personas o de un negocio, y no seguridad entendida como ciberseguridad) desde un punto de vista humano, ambiental o de negocio”, ponen en contexto.
Estos dispositivos, en general, están sobredimensionados a nivel de hardware, tienen limitaciones de conectividad y tienen unas funciones software muy bien definidas, evitando ejecutar cualquier tipo de operación adicional o no estrictamente necesaria. Así, este sobredimensionamiento hardware y limitación funcional se realiza con una misión: reducir al máximo cualquier posible situación de error, buscando evitar que el dispositivo sature por falta de recursos o que el software falle o evitar intrusiones indeseadas desde el exterior.
“Esto limita en gran manera las posibilidades de estos dispositivos, teniendo que acotar su precisión o aislando completamente su operación de otros componentes o evitando en la medida de lo posible servicios complementarios, por ejemplo”, explican.
Los sistemas ciberfísicos en dispositivos embebidos
Cabe explicar también en qué consisten los sistemas ciberfísicos (CPS) en dispositivos embebidos, claves para el proyecto Transact. Los expertos cuentan que suponen “una interacción compleja y dinámica” entre el mundo real y el mundo digital en tiempo real, lo que conlleva una integración de capacidades de cómputo, almacenamiento de datos y de conectividad con el objetivo de monitorizar y gestionar procesos físicos.
Para lograr dicho objetivo, como gestionar un proceso de producción, minimizar el consumo energético o maximizar la eficiencia en la fabricación, estos sistemas deben cooperar entre sí e interactuar con su entorno.
Pero ¿cómo se consigue? “Dicha cooperación se logra por la interconexión de distintos sistemas de cómputo, tales como sistemas embebidos, que interactúan con su entorno de forma básica a través de sensores y actuadores, y la interconexión de estos con servidores más potentes en la nube. Los sistemas embebidos son sistemas especializados de cómputo con recursos limitados y diseñados para realizar tareas específicas dentro de sistemas o dispositivos más grandes”.
Sin embargo, con los avances en la miniaturización del hardware y la potencia computacional, los sistemas embebidos están incrementando cada vez más sus capacidades y eficiencia. Lo cual permite que los sistemas embebidos puedan encontrarse en un amplio rango de aplicaciones, desde sistemas cotidianos como dispositivos portátiles y electrodomésticos inteligentes, así como sistemas básicos de captura y recolección de datos, hasta sistemas más complejos y críticos como monitores en salud, sensores y controladores industriales, además de sistemas de procesamiento y análisis de datos con capacidades de toma de decisiones en tiempo real.
“Los sectores de la salud, entrenamiento doméstico, industria, automovilístico, telecomunicaciones, militar y aeroespacial son algunos ejemplos de los sectores en los que los sistemas ciberfísicos pueden ser aplicados”, apuntan los expertos de ITI.
¿Cómo funciona el proyecto?
De ahí que el objetivo de Transact sea dar una alternativa a los sistemas que se apoyan en este tipo de dispositivos, ampliando las posibles funcionalidades de estos sin tener que hacerlos más caros, y permitiendo, además, que se apoyen en hardware complementario para mejorar la ejecución de las tareas que realizan. “Esto no sólo alarga la vida de los dispositivos, sino que también permite que sólo ejecuten funcionalidad crítica, siendo el resto externalizada”, apuntan.
Para resumir el proyecto, ponen un ejemplo: “Imaginemos un servicio que necesita hacer una serie de cálculos y que, debido a la cantidad de recursos de que dispone el dispositivo, debe limitar la precisión o la calidad del resultado. Externalizando este servicio a la nube o al edge contaría con muchos más recursos con los que poder mejorar esa calidad”.
Otro ejemplo más concreto de funcionalidades adicionales podría ser en el caso de dispositivos médicos que generen imágenes 2D y que podría complementarse con funcionalidad adicional en otras capas con las que generar reconstrucciones en 3D a partir de las imágenes en 2D o de construir imágenes de mayor detalle, u otras estrategias de visualización de datos.
“De todos modos -especifican-, es necesario tener en cuenta que la externalización de funciones de estos dispositivos no puede realizarse de cualquier manera. Cuando hablamos de servicios críticos, estos no pueden ser externalizados a la nube porque no es una red confiable, con lo que sólo deberían externalizarse funcionalidades no críticas para seguridad de las personas o del negocio”.
Sectores de aplicación
Transact puede aplicarse, en definitiva, en cualquier sector o negocio donde se utilicen servicios críticos que se ejecutan en dispositivos monolíticos (esto es, con toda la funcionalidad concentrada y acotada dentro un mismo dispositivo, en lugar de repartir las funcionalidades en distintas ubicaciones según el nivel de criticidad).
Concretamente, el proyecto cuenta con cinco pilotos concretos. El primero, en automoción, para sistemas para el vehículo autónomo, combinándolo con la asistencia remota para la navegación en un contexto urbano. También en las ya mencionadas depuradoras de agua, optimizando sus procesos y combatiendo la escasez de agua utilizando algoritmos de IA para la predicción de vertidos industriales de alta toxicidad que pueden perjudicar irreparablemente los reactores biológicos utilizados en las plantas de tratamiento de aguas.
También se puede aplicar al sector marítimo, concretamente a los sistemas de navegación, creando un marco de servicios de asesoramiento utilizando las tres capas de cómputo IoT-Edge-Cloud y con una recopilación de datos mejorada. O a los sistemas de gestión de baterías, monitorizando las baterías de una flota de coches eléctricos, prediciendo consumos energéticos de rutas utilizando métodos basados en IA.
Y, el último de los cinco pilotos se centra en el sector sanitario, en las máquinas de resonancia. “Tenemos una plataforma de aplicaciones clínicas basada en el Edge-Cloud para terapias guiadas por imágenes y sistemas de imágenes para diagnóstico: esto es, reconstrucción de imágenes en 3D a partir de imágenes en 2D utilizando la potencia de recursos en la nube (Cloud) que proveen al médico imágenes optimizadas y de calidad, pero teniendo como respaldo las imágenes 2D obtenidas en el Edge que estarían disponibles en el momento para el personal sanitario en caso de fallos de conectividad en la nube”.
El papel de ITI
El centro español ITI ha sido el principal encargado del diseño de la arquitectura de referencia de Transact; es decir, “que ha identificado los principales componentes de los que debíamos disponer para implementar soluciones distribuidas a partir de componentes monolíticos siguiendo las estrategias del proyecto, así como aportar ejemplos de cómo realizar esta transformación”.
Igualmente, señalan sus expertos, “hemos participado en distintas tareas relacionadas con la gestión de aplicaciones multimodo en sistemas distribuidos jerárquicos, técnicas para la asignación de recursos en sistemas ciber-físicos en el IoT-Edge-Cloud continuo mediante la exploración del espacio de diseño con algoritmos genéticos y el desarrollo de implementaciones de código abierto de la arquitectura de referencia de Transact a través del demostrador horizontal, además de coordinar el paquete de casos de uso y asistir en la coordinación de uno de ellos, proveyendo herramientas de despliegue y orquestación”.
