Robótica y Hardware

En los últimos años el lector se habrá topado con conceptos como “Internet of Things”, “Internet de las Cosas” o con las siglas en inglés “IoT”. Una simple búsqueda en Google Trends de estos conceptos, así como conceptos relacionados con la temática (“sistemas IoT”, “arquitectura de sistemas IoT”, “beneficios del IoT” o “empleo IoT”) nos muestra una tendencia creciente en el interés hacia este concepto en la última década.

Su uso cada vez más extendido dentro y fuera de la red, tanto en medios especializados como generalistas, relacionándolo con sectores tan diferentes como el industrial, logístico, agrícola o salud, nos indica la importancia del IoT y su estrecha vinculación con la actual transformación de dichos sectores.

Pero ¿qué es Internet of Things? ¿qué es el Internet de las Cosas? ¿qué es IoT? En este artículo se intenta dar una visión global del IoT, siendo una toma de contacto con este concepto y la tecnología asociada.

Qué es IoT

El concepto de Internet de las Cosas presenta una gran variedad de definiciones, con ligeras diferencias entre ellas. En algunos casos, compañías como Cisco System van un paso más allá, viendo en el IoT la evolución natural a la que tiende internet. No obstante, todas esas definiciones tienen dos ingredientes como denominador común:

• La conexión entre objetos, a internet y sus comunicaciones (protocolos de comunicación).
• las cosas, en su sentido más amplio, cualquier elemento físico que genere y sea capaz de intercambiar datos con un propósito.

Para dar respuesta a la pregunta realizada proponemos como definición de IoT la dada por Siddhartha Vadlamudi, la cual da una imagen bastante clara del concepto:

“Internet de las cosas (IoT), esencialmente, es una red de objetos físicos, o “cosas”, que han sido equipado con sensores, software y otras tecnologías con el fin de conectar, comunicar e intercambiar datos con una amplia variedad de dispositivos (similares o no) y sistemas conectados con la ayuda de Internet.”

Historia y evolución del IoT

La historia de IoT comienza cuando Kevin Asthon en 2009 acuña el concepto de IoT para referirse a su red de sensores e identificadores interconectado entre sí. Más tarde la consultora McKincesy sería la precursora de este concepto con su informe en 2010 sobre nuevos modelos de negocios basados en sensores. La aparición del IoT surge de la evolución y convergencia tecnológica de dos conceptos bien conocidos y establecidos en la industria:

• M2M: comunicación entre máquinas, Machine to Machine (M2M)
• SCADA: una categoría de softwares para el control de procesos, recopilación de datos y control de condiciones y equipos en tiempo real desde ubicaciones remotas

Si a esto le añadimos los siguientes elementos, surge un caldo de cultivo idóneo para que el concepto IoT florezca:

• El desarrollo de la tecnología inalámbrica (desde GSM al WiFi y 5G)
• El progreso y abaratamiento de la microelectrónica
• La aparición de la tecnología cloud computing
• Las herramientas para procesamiento de datos masivos (Big Data)

Características del IoT

El IoT posee un gran número de características muy interesantes, pero de todas ellas, hay dos en concreto que proporcionan al IoT su potencial de transformación al ser aplicado a sectores tan diferentes como los antes mencionados. Dichas características son: la inteligencia y la versatilidad. La comprensión de cómo estas características surgen de los sistemas IoT pasa por identificar lo que es considerado como los tres elementos básicos del IoT:

• Tecnología embebida: incluye a una gran variedad de dispositivos que disponen de sensores, puertos de entrada y salida, microprocesadores y memoria, entre muchas otras cosas. Los avances en la miniaturización de dispositivos y el abaratamiento en la producción de estos han permitido la disponibilidad de una amplia variada de sistemas embebidos a bajo coste.

• Conectividad: redes y protocolos de comunicación que permita la interconexión entre dispositivos diferentes.
  El auge y rápido desarrollo de las tecnologías wireless en materia antenas, la optimización del espectro electromagnético o el desarrollo de protocolos de comunicación más eficientes, ha proporcionado la conectividad necesaria entre dispositivos de naturaleza muy diferente.

• Datos: toda la información generada e intercambiada entre los diferentes dispositivos. La correcta gestión, almacenamiento y análisis de los datos generados en infraestructuras IoT permite sacar valor a esa ingente cantidad de datos con gran potencial. Así, la aparición de la tecnología cloud computing junto con las técnicas y herramientas del big data han facilitado este aspecto (Laboratorio IoT y desarrollo en Cloud de un dispositivo de sensorización)

La interrelación de estos tres elementos en los sistemas IoT hace que las características antes mencionadas surjan de forma natural. Así, la inteligencia en el IoT surge directamente de los Datos, de su tratamiento, análisis y aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial, principalmente Machine Learning y Deep Learning. Esto ha permitido a los sistemas IoT aprender de su entorno y tomar decisiones (o facilitar a terceros esta toma de decisiones).

Por otro lado, la versatilidad surge: i) de la Tecnología Embebida debido a la gran variedad de tecnología y dispositivos existentes, ii) de la Conectividad por el hecho de que permite la comunicación entre dispositivos muy diferentes, y iii) de los Datos ya que estos le proporcionan una visión y comprensión de su entrono permitiendo que el sistema IoT se adapte a él.

Cómo funciona el IoT

De los tres elementos claves antes mencionados, la Conectividad es la piedra angular en los sistemas IoT ya que permiten la comunicación entre los distintos dispositivos y máquinas, permitiendo ese intercambio de información tan esencial en el IoT. Este proceso de comunicación, cada vez más complejo debido a la evolución del IoT, tiene dos ingredientes imprescindibles:

• La identificación: Para que los dispositivos puedan comunicarse entre sí, es necesario que estos puedan identificarse entre sí como entidades únicas, por lo que existe diferentes identificadores o esquemas de identificación dentro del IoT. Los identificadores se pueden categorizar como: identificador de objeto, identificador de comunicación e identificador de aplicación.

  • Los identificadores de objetos representan objetos físicos o virtuales dentro de un sistema IoT, un ejemplo de este tipo de identificadores es el código de barras o la tarjeta RFID.

  • Los identificadores de comunicación identifican nodos en una red que tienen capacidades de comunicación, es decir, que tiene capacidad de intercambiar datos. El identificador de comunicación más extendido es la dirección IP.

  • Los identificadores de aplicaciones identifican las diferentes capas de servicio que dan las distintas aplicaciones que conviven en un sistema IoT, por ejemplo, el Uniform Resouce Identifier (URI) o el Electronic Product Code (EPC). La naturaleza diversa de las aplicaciones que proporcionan servicio tan diferente en el IoT hace necesario este tipo de identificadores.

• El protocolo: La forma en que los diferentes dispositivos en un sistema IoT se comunican en la distancia puede ser muy variada, aunque la más extendida, y con diferencia, es la comunicación inalámbrica, siendo los protocolos basados en tecnologías inalámbricas los más usados. Atendiendo al alcance de la comunicación, debemos diferenciar entre corta, media y larga distancia:

  • Corta distancia: en este rango el protocolo más usado es Bluetooth, aunque si es necesaria una transmisión de datos más rápida el más usado es el UWB (Ultra Wideband).

  • Media distancia: en este rango el protocolo más extendido es Wi-Fi (con sus diferentes estándares 802.11), aunque se está extendiendo cada vez más el protocolo ZigBee que implica el uso de un hardware más sencillo por parte de los dispositivos.

  • Larga distancia: en este rango el más usado es 5G, aunque si la tasa de datos necesaria es muy baja (zonas con poca cobertura) está muy extendido el protocolo LPWAN (Low-Power Wide-Area Networking).

La elección de una forma de comunicación u otra entre dispositivos en el IoT dependerá de muchos factores: la distancia entre dispositivos, frecuencia del espectro electromagnético usada, tasa de datos necesaria, alimentación de los dispositivos (conexión a red eléctrica o baterías), hardware de los dispositivos, tecnología desarrollada para su uso, etc … por lo que se debe llegar a un compromiso entre los diferentes factores y escoger aquel modo de comunicación que mejor se adapte a las necesidades del sistema.

Para qué sirve el IoT

Hemos hablado de muchos conceptos y características del IoT, pudiendo vislumbrar ya algunas potenciales aplicaciones de esta tecnología, pero ¿Para qué sirve el Internet de las Cosas?

Como ya se ha mencionado, la gran versatilidad de esta tecnología hace que pueda ser aplicada y desarrollada en ámbitos muy diferentes. Por otro lado, su cualidad de inteligencia hace que sea muy atractiva en sectores donde esta capacidad puede marcar la diferencia, siendo un elemento que decante la balanza a favor o en contra.

Una amplia variedad de sectores está adoptando esta tecnología para simplificar, mejorar, automatizar, optimizar y/o controlar diferentes procesos. A continuación, se dará ejemplo de algunos sectores donde la tecnología IoT ha irrumpido con fuerza:

• Industria 4.0: el termino industria 4.0 fue un término acuñado por el gobierno alemán para describir la digitalización y la transformación digital de los sistemas y procesos industriales. El simple hecho de desplegar una red de sensores de bajo coste para la monitorización de procesos industriales permitiría predecir posibles fallos u optimizar procesos tras el análisis adecuado de los datos recogidos. Esto hace que la tecnología IoT sea muy útil en cualquier tipo de industria donde se de esta transformación digital.

• Agricultura: la posibilidad de poder desplegar una red de sensores en las plantaciones abre posibles aplicaciones para la optimización de recursos (agua, fertilizantes o plaguicidas), reducción de gatos o aumento de la producción, haciendo que el IoT en España, concretamente, tenga un futuro prometedor.

  Por ejemplo, esta red de sensores permitiría:

  • la medición de la humedad del suelo para regar solo aquellas zonas necesarias.
  • el cálculo la concentración de fertilizantes para saber qué zonas lo necesitan realmente.
  • la visualización de la distribución del plaguicida en la cosecha y detectar las zonas más vulnerables.

• Salud: el hecho de tener en tiempo real una media de las constantes vitales, así como el histórico de estas o el de la actividad del paciente en determinados periodos, permitiría predecir posibles enfermedades o dolencias, desarrollándose una medicina más activa que reactiva. Esto implicaría una notable mejora en el tratamiento de pacientes y la utilización de los recursos más óptima.

• Logística: una monitorización en tiempo real mediante sencillos identificadores RFDI impulsaría la rapidez y la eficiencia en la cadena de suministros, evitando pérdidas de tiempo o de paquetes innecesaria. Por otro lado, la implantación de sistemas IoT en las flotas de automóviles implicaría una gestión más eficiente del transporte (consumo de vehículos, predicción de fallos, comportamiento de conductores, optimización de trayectos, etc …).

Como podemos ver la tecnología IoT tiene futuro en una gran cantidad de sectores y su aplicación abre una variedad de posibilidades muy pocas veces visto en otras tecnologías.

Por otro lado, la aparición de esta tecnología lleva asociado el brote de nuevos “trabajos IoT”, implicando la necesidad de trabajadores especializados en esta tecnología y en las nuevas tecnologías IoT que está aún por desarrollarse. Así la necesidad de personal cualificado y de introducir formación específica en este ámbito es crucial.

No obstante, el IoT, según algunos expertos, aún no está totalmente maduro en algunas de sus facetas, por lo que aún no hemos llegado a vislumbrar su alcance, su verdadero potencial y sus necesidades.