TELECOMUNICACIONES

TELECOMUNICACIONES

Sensores: vistazo al futuro

Economist Intelligence Unit

Los usos militares de la tecnología inalámbrica son sorprendentes. Por ejemplo, los pilotos de combate pueden volar sobre una zona de guerra y lanzar miles de pequeños sensores inalámbricos, del tamaño de una canica y con un costo de un dólar cada uno. Tan pronto como llegan al suelo, estos dispositivos comienzan a comunicarse entre sí y forman una intrincada red digital capaz de captar las vibraciones y el sonido que produce el avance de tropas. También pueden detectar la presencia de agentes radiactivos, químicos o biológicos y enviar esa información a un satélite. Para operar, obtienen energía del sol o de los cambios de temperatura.

Los usos civiles son igualmente impresionantes. Guardias forestales pueden dejar caer los sensores desde un aeroplano para detectar incendios, mostrar su localización exacta y la dirección y velocidad con que se propagan las llamas. Aparatos más pequeños, del tamaño de un grano de arroz, pueden ser utilizados por las aerolíneas para buscar dentro de las estructuras de los aviones insectos grandes o roedores que podrían dañar el cableado u otros sistemas. Versiones aún más pequeñas, del tamaño de granos de sal, pueden agregarse a las pinturas para convertir superficies enteras en sensores inalámbricos capaces de detectar movimientos, funcionar como alarmas contra incendios o como sistemas de seguridad.

El problema es que esos sensores aún no existen, pero se están realizando muchos experimentos para convertirlos en una realidad. Una prueba militar similar a la descrita al principio se llevó a cabo en marzo de 2001 en una base del Cuerpo de Infantería de Marina en California. Alrededor de una docena de nodos de red, cada uno del tamaño de una caja de fósforos, fueron lanzados desde un avión miniatura. Los dispositivos fueron capaces de medir la velocidad de vehículos e indicar su dirección con sólo detectar las vibraciones en la tierra. Este experimento demostró que esta tecnología, aun cuando se encuentra en una fase preliminar, es viable.

La prueba militar tuvo el respaldo de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa de Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés) y surgió a raíz de un programa llamado polvo inteligente, desarrollado en la Universidad de California en Berkeley en la década de los noventas. Dicho programa aportó los fundamentos técnicos necesarios para crear redes de sensores: diseño de sistemas operativos, bases de datos y protocolos para que los dispositivos envíen información y permanezcan inactivos el mayor tiempo posible para ahorrar energía. Estas tecnologías se basan en especificaciones estándar, por lo cual pueden ser utilizadas libremente por otras empresas, de la misma forma en que el protocolo básico de Internet está abierto.

Con auspicio inicial de la DARPA, surgió un grupo de compañías como Dust Networks, Arch Rock y Moteiv (a partir de investigaciones en Berkeley) y Ember (con base en trabajos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts). Otras empresas, entre ellas Crossbow Technology, Millennial Net, Sensicast, Tranzeo y MicroStrain, aplican las innovaciones en tecnologías existentes. Los sensores inalámbricos están pasando de los campos de pruebas militares al mundo comercial. Se usan en actividades como el monitoreo y el control de maquinaria industrial, la regulación automática de la temperatura en edificios y en investigaciones sobre el medio ambiente.

Las comunicaciones de máquina a máquina (M2M) generalmente utilizan dispositivos inalámbricos instalados en equipos como automóviles o máquinas expendedoras, los cuales se conectan a redes celulares. En cambio, las redes de sensores están formadas por pequeños microprocesadores instalados dentro de los aparatos, los cuales crean una red local que no puede conectarse a un sistema más grande, como la red de telefonía celular o Internet.

Por ahora el uso de los sensores sigue siendo limitado: aún falta que esta tecnología madure y que los consumidores se convenzan de que vale la pena adquirirla, pero la idea está ganando fuerza. Una vez que aumente el volumen de producción, los precios bajarán y la consiguiente innovación facilitará la adopción de estos dispositivos.

Un buen lugar para observar las nuevas tecnologías inalámbricas en acción es la refinería Cherry Point de British Petroleum (BP) en Blaine, Washington. Construida en 1971 sobre una superficie de casi 10 hectáreas, produce 225 mil barriles de crudo al día. Este sitio también concentra 8 por ciento de la producción mundial de coque calcinado, utilizado para fabricar una de cada seis latas de aluminio. Modernizar la planta para mantener su eficiencia es costoso: BP asegura que ha invertido cerca de 500 millones de dólares en los 10 años recientes.

Los tanques de almacenamiento deben ser monitoreados para fines operativos, de seguridad y ambientales. Pero instalar cables en un área tan grande es muy caro.

Las nuevas tecnologías inalámbricas son claves, explica Tim Shooter, especialista de BP. Permiten supervisar y controlar más operaciones y ahorrar dinero al mismo tiempo. Una refinería promedio tiene cerca de 3 mil "puntos de instrumentación", donde se recaban datos de indicadores como temperatura, flujo, humedad y vibración. Los administradores estarían felices de tener 10 mil puntos si fueran menos caros. El costo de un dispositivo básico de monitoreo va de mil a 10 mil dólares. Aunque agregar funciones inalámbricas a estos sensores casi duplica el costo, el precio de instalación se reduce entre 50 y 90%, y la instalación representa la mayor parte del costo total. Shooter cree que la modernización de algunos procesos con sistemas inalámbricos permitirá a cada refinería ahorrar al menos un millón de dólares al año.

Mejora continua

Hasta hace algunos años, la tecnología inalámbrica simplemente no estaba a la altura de lo requerido. El gran salto, según Shooter, radica en que las nuevas tecnologías son mucho más confiables en las duras condiciones de la industria y los protocolos de comunicaciones son más inteligentes.

Una innovación notable es la formación de redes específicas, en las cuales cada nodo (por ejemplo, un sensor en una bomba de agua) es al mismo tiempo un emisor y un receptor y puede enlazarse a la red en el momento que se requiera. Con las anteriores tecnologías inalámbricas los sensores enviaban datos a un receptor específico, en un sistema de control centralizado, lo que tenía numerosos inconvenientes. Para empezar, era un sistema inflexible: si se agregaba un nuevo nodo, todo la red tenía que ser reconfigurada y se volvía más difícil de administrar, y si el receptor central fallaba todo el sistema se colapsaba.

La nueva tecnología resuelve estas fallas. Cada nodo puede retransmitir información a otros dispositivos, lo que crea una red sincronizada que consume menos energía porque los datos sólo viajan distancias cortas, de un nodo a otro. La red se organiza y se repara por sí sola. Si un nodo se apaga el sistema encuentra otra vía para canalizar el tránsito, y mientras más dispositivos se agreguen, más flexible y eficiente se vuelve la red.

Obviamente, sistemas de control industrial como los observados en BP son útiles, pero no aumentan el tamaño del negocio. Buen ejemplo de una aplicación de gran escala es la administración de un edificio. Gracias a las comunicaciones inalámbricas, la luz, la calefacción y el aire acondicionado pueden controlarse en forma centralizada para reducir el consumo de electricidad. Así, cuando un huésped sale de su habitación de hotel la recepcionista puede apagar el aire acondicionado. Esto también puede hacerse con un sistema controlado por cables, pero la tecnología inalámbrica ofrece menores costos de instalación y una mayor flexibilidad.

Múltiples aplicaciones

Algunas empresas están instalando este tipo de sistemas tanto en edificios viejos como en nuevos. Riga Development, una empresa de tecnología inalámbrica de Toronto, ha trabajado con hoteles en Canadá y Estados Unidos para remplazar los viejos termostatos análogos por otros digitales, que consumen alrededor de 35% menos energía. Los nuevos paneles de control de temperatura se conectan vía inalámbrica con los sistemas de calefacción y aire acondicionado, a un costo de aproximadamente 350 dólares por habitación. Además, la temperatura de cada habitación puede ser controlada desde la recepción, y gracias a las redes inalámbricas, el panel de cada cuarto también funciona como un retransmisor que envía datos de otras habitaciones a un centro de control.

Estos usos son sólo el comienzo. Los sensores no sólo se están instalando en aparatos electrónicos, sino en objetos que antes estaban desprovistos de tecnologías de este tipo, como edificios, puentes y carreteras, a fin de supervisar el estado de sus estructuras. Estos aparatos pueden detectar puntos de tensión y fisuras que necesiten reparación. También se utilizan para monitorear el ambiente. Los científicos los emplean para vigilar el clima en áreas pequeñas, donde antes resultaba poco práctico hacerlo debido a los costos (por ejemplo, en plantas individuales en lugar de todo un bosque).

Los sensores inalámbricos también han hecho su aparición en las granjas para medir temperatura, humedad y luz en porciones de tierra donde no pueden instalarse cables fácilmente. Entre sus primeros grandes usuarios destacan los vitivinicultores, cuyas cosechas son particularmente valiosas y pueden arruinarse aun con pequeñas variaciones climáticas. Por ejemplo, Ranch Systems, provee de equipo y programas de cómputo a una docena de viñedos del norte de California. Una flotilla de sensores permite a los agricultores monitorear viento, agua, tierra y temperatura del aire. Esto les permite programar las fechas de riego de acuerdo con las necesidades de cada sección del viñedo, así como enfrentar heladas, enfermedades y plagas, explica el fundador de la empresa, Jacob Christfort.

Esta tecnología se ha vuelto tan asequible que ha propiciado el surgimiento de muchas pequeñas empresas. Moteiv instala sensores en uniformes de bomberos para obtener información sobre los incendios y para que los tragahumo sepan exactamente dónde se encuentran sus compañeros. Este sistema inclusive puede obtener datos como los planos de un edificio y proyectar las imágenes en las máscaras protectoras. Entre las aplicaciones disponibles destacan sistemas inalámbricos de seguridad para el hogar y localizadores que alertan a la tripulación de un barco cuando un marinero cae al agua.

Sin embargo, es precisamente la diversidad de usos posibles lo que obstaculiza el desarrollo de esta tecnología: cada una de las aplicaciones tiene que hacerse a la medida del usuario. Los sistemas inalámbricos son tan nuevos que aún tienen que simplificarse y estandarizarse, como ocurre con la mayoría de las tecnologías con el tiempo, señala Monica Paolini, de Senza Fili Consulting.

Otro problema es que nadie sabe realmente cuánta carga de trabajo puede soportar una red llena de sensores inalámbricos; tal vez sea distinto a lo que ocurre con Internet. En este caso el tráfico excesivo en la red es asimétrico, pues las computadoras están en un extremo recibiendo cientos de miles de veces más información de la que envían: un simple clic del ratón trae de regreso un enorme video de YouTube. En las redes de sensores este tráfico asimétrico se invierte: envían muchos más datos de los que reciben. Aunque cada envío individual de datos es pequeño, todos se suman y algunos sensores mandan un pulso constante, aunque sólo sea para decir "aquí sigo", lo que activa la comunicación en toda la red.

Lo que más preocupa a los ingenieros es cómo manejar todos los datos que producen los sensores. "la buena noticia es que puedes obtener toda esa información; la mala es que tienes que hacer algo con ella", señala Kris Pister, cofundador de Dust Networks. Se están realizando esfuerzos para aumentar la capacidad de procesamiento de los sensores, de tal forma que puedan analizar la información en lugar de simplemente recabarla y enviarla.

No obstante, esta abundancia de información también ofrece oportunidades. Teruyasu Murakami, del Nomura Research Institute, cree que tener dispositivos conectados constantemente a una red creará nuevos mercados y estilos de vida. Bob Karschnia, de Emerson Process Management, que diseña y fabrica sistemas de automatización industrial como los utilizados en la refinería Cherry Point, hurga entre montañas de información en busca de nuevas alternativas de operación para las empresas. A veces filosofa acerca del significado de la tecnología. Las interconexiones entre máquinas, dice, son similares a las redes neuronales. "Si estamos computando y haciendo conexiones como lo hace el cerebro, deberíamos ser capaces de emular la memoria. ¿Cómo se pueden crear recuerdos en un proceso de fabricación?"

La comunicación entre máquinas puede llegar a revelar hechos y relaciones que aún no son evidentes para los seres humanos y permitir a las fábricas "aprender" y encontrar formas de volverse más eficientes. Lo que ocurre en las factorías adquirirá una forma distinta y llegará a edificios de oficinas y viviendas. El siguiente paso será que la tecnología inalámbrica entre en los seres humanos.

FUENTE: EIU

Traducción de texto: David J. Zúñiga