OPINIÃO

Internet das Coisas: O charme dos sensores

Por Eduardo Prado *
23/10/2014 ... Convergência Digital

Sensors & Actuators: We are giving our digital nervous system – Location data using GPS sensors. Eyes and ears using cameras and microphones, along with sensory organs that can measure everything from temperature to pressure changes, What is the Internet of Things?, Infographic of Cloud Tweaks, 03.sep.2014

A Internet das Coisas (ou IoT = Internet of Things) refere-se ao uso de sensores, atuadores e tecnologia de comunicação de dados montados em objetos físicos – de autoestrada a marca-passo - que permitem que os objetos (ou coisas) sejam monitorados, coordenados ou controlados através de uma rede de dados ou da Internet.

Não sem razão, os sensores são “elementos chaves” na IoT (ver What is the Internet of Things?, Infographic of Cloud Tweaks, 03.sep.2014) pois eles são responsáveis pelas medidas do estado/condição de uma determinada variável de um objeto (tais como temperatura, pressão, vazão ou outra variável qualquer).

A tecnologia da Internet das “Coisas” varia de simples etiquetas de identificação a sensores e atuadores complexos. As etiquetas RFID podem ser agregadas a praticamente qualquer objeto. Sofisticados dispositivos multi-sensores e atuadores que comunicam dados sobre localização, desempenho, ambiente e condições de um determinado objeto estão se tornando cada vez mais comuns.

Com as tecnologias mais recentes, como micro-sistemas eletromecânicos (MEMS), está se tornando possível colocar sensores muito sofisticados em praticamente qualquer objeto (e até mesmo nas pessoas). E, porque eles são fabricados através de um processo de fabricação similar ao dos semicondutores, os MEMSs estão caindo rapidamente de preço.

Dois exemplos de sensores de IoT, a saber:

[a] Na agricultura temos um bom exemplo da evolução dos sensores. A IoT tem o potencial para criar valor significativo. Por exemplo, sensores de folha pode medir o estresse nas plantas com base em níveis de umidade. Sensores de solo pode reunir informações sobre como a água se move através de um campo e acompanhar as mudanças na umidade do solo, os níveis de carbono e nitrogênio, e temperatura do solo. Esses dados deverão ajudar os agricultores a otimizar os horários de irrigação, evitando danos às culturas. Dados de solo e da planta podem ser utilizados para guiar "fertirrigação por gotejamento", quando se aplica fertilizante líquido através de sistemas de irrigação por gotejamento para garantir que as colheitas recebam a quantidade correta de nutrientes e água em todos os momentos.

[b] Um bom exemplo de sensor é o sistema TPMS (Tire-pressure monitoring system) que é utilizado em automóveis. O sistema TPMS pode melhorar a experiência do motorista em um ato mundano de manutenção. Muitos usuários não têm medidores de ar portáteis, e até mesmo aqueles que, por vezes fazem a medida de pressão dos pneus do carro, têm dificuldade em obter uma leitura precisa. O carro que tem o sistema TPMS não tem essa dificuldade, e alerta ao motorista que um determinado pneu do seu carro precisa de ar. Como um comercial Nissan demonstra habilmente, alguns carros buzinam quando um pneu está suficientemente re-inflado (ver Michelin Tyre Pressure Monitoring System (TPMS): MEMS)

Vários avanços tecnológicos estão a melhorando a eficácia das aplicações de IoT e reduzindo os custos. O preço das etiquetas e sensores RFID está caindo e desenvolvimentos, como MEMS (micro-sistemas eletromecânicos) estão possibilitando novos usos (ver MEMS: the stars of the sensor world, Bosch). Os MEMSs são as estrelas do grande negócio de IoT! As vendas de sensores têm crescido em 70% ao ano desde 2010, e os avanços na tecnologia estão fazendo os sensores mais capazes e mais acessíveis.

Uma grande quantidade de sensores de vários tipos está sendo integrada em mais dispositivos físicos, e a melhoria no gerenciamento de energia está em permitir que os dispositivos funcionem sem vigilância por longos períodos de tempo. As técnicas de fabricação de miniaturização e da produção de altos volumes tornam possível instalar sensores em até mesmo nos dispositivos menores; por exemplo, um aparelho pode ter um único chip que inclui um sensor de posicionamento, um termômetro, e um detector de movimento ao mesmo tempo. Segundo o Goldmann Sachs o preço médio do sensor tem caído nos últimos dez anos de US$ 1,30 a US$ 0,60 (ver What is the Internet of Things?, Infographic, September 2014).

Finalmente, a difusão de redes de dados de alta velocidade sem fio está ampliando a área de cobertura da Internet Móvel, ajudando a pavimentar o caminho para maiores utilizações da Internet das Coisas. Hoje em dia, os sensores MEMS são indispensáveis nos carros e nos smartphones. Esses sensores minúsculos estão se tornando cada vez mais inteligentes, mais compactos e mais eficientes em termos do consumo de energia.

Com a ajuda dos sensores MEMS, muito mais “coisas” podem ser conectadas na IoT. Na verdade, “qualquer coisa” pode se conectar com “qualquer outra” na IoT - incluindo “coisas” que antes nunca tiveram características eletrônicas, tais como janelas e portas. Isso significa mais conforto, segurança e eficiência energética. Por exemplo, os sensores MEMS medem pressão, aceleração, movimento de rotação, fluxo de massa, e o campo magnético da Terra, e agem como os órgãos sensoriais – com precisão - para carros, smartphones e muitas outras aplicações.

Os sensores atualmente são fundamentais para a eletrônica “vestível” (ou wearable electronics). Os três maiores desafios para essa eletrônica são: (1) em primeiro lugar a inovação. Ela sempre estará presente nessa tecnologia; (2) em segundo lugar, nós precisamos fazer sensores os menores possíveis e mais precisos; (3) e por último, nós devemos melhorar a miniaturização das baterias para as aplicações “vestíveis”.

Novos tipos de sensores comandarão a eletrônica “vestível” nos próximos anos. Os desafios para essa eletrônica são que eles precisam ser pequenos, ter uma bateria de longa duração e ser “não invasivos”. Adicionar sensores, precisa ser considerado cuidadosamente por que o tamanho aumenta e a duração da bateria diminui. Outros sensores precisam ser integrados nos dispositivos “vestíveis” para ser pequenos, ter eficiência energética e são do tipo “sensor fusion” (tipo sensores derivados). Além dos sensores, algoritmos avançados são essenciais na eletrônica “vestível”.

Um dispositivo “wearable” (vestível) lançado recentemente incorpora vários sensores MEMS. Esse dispositivo foi o Apple Watch da gigante Apple que teve um lançamento “bombástico” em 09 de setembro passado (ver Apple Watch's Wristful of Sensors and MEMS, IEEE Spectrum, 09.sep.2014; Apple Watch uses four sensors to detect your pulse, The Verge, 09.sep.2014; e Future Versions of Apple Watch to Include Additional Sensors, 'Richer Health Features', MacRumors, 11.sep.2014).

Nos próximos anos teremos todos os tipos de sensores são interessantes incluindo umidade, pressão, radiação, e outros. Mas no final, a maioria dos avanços virão dos clássicos sensores de movimento, posição, e outros sensores que são significativamente menores e com maior eficiência energética e algoritmos mais eficientes e, com maior know-how. Por exemplo, três acelerômetros e algoritmos de “sensor fusion” (tipo sensores derivados) em um smartphone podem ajudar a fazer aplicações muito interessantes. Para tal triplicação de acelerômetros ser viável, nós provavelmente precisaremos de acelerômetros que sejam menores que 1 mm por 1 mm de tamanho e que utilizem algoritmos de “sensor fusion”.

O “charme dos sensores” será determinante na evolução (e sucesso) da Internet das Coisas!

Referências:

[1] What is MEMS?, MEMS Industry Group

[2] Four billion Bosch MEMS sensors, Bosch, July 2014

[3] Sensors as a Service on the Internet of Things, ARM, January 2014

[4] Sensores MEMS, GE Measurement & Control

[5] MEMS-Based Sensor Technology, Freescale

[6] Automotive MEMS: an overview of the top ten suppliers, MEMS Journal, 03.jul.2014

[7] MEMS gas sensors jump into motion, Nanotech Web, 02.oct.2014


Eduardo Prado é consultor de mercado em novos negócios, inovação e tendências em Mobilidade e Convergência.
E-mail: eprado.sc@gmail.com
Twitter: https://twitter.com/eprado_melo

Outras matérias do autor aqui:
Teleco
http://www.teleco.com.br/colaborador/eduardoprado.asp
Convergência Digital
http://convergenciadigital.uol.com.br/eduardoprado/



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