O conceito de “cidade inteligente” ou “smart city” refere-se a áreas urbanas que utilizam tecnologias avançadas e conectividade digital para melhorar a qualidade de vida dos seus habitantes, promover a sustentabilidade e otimizar a eficiência dos serviços urbanos. Essas cidades incorporam uma vasta rede de sensores, sistemas de monitoramento e análise de dados em tempo real para gerenciar recursos como energia, água, tráfego e segurança de forma mais eficaz. Além disso, as cidades inteligentes facilitam a interação entre os cidadãos e a administração municipal, permitindo uma governança mais transparente e responsiva. O objetivo é criar um ambiente urbano mais habitável, sustentável e adaptável às necessidades dos moradores.
Os recursos oferecidos por uma cidade inteligente estão intimamente ligados a dois grandes campos: sensoriamento e telecomunicações. Recentemente, o foco tem sido o uso de dispositivos LIDAR em redes de sensores, capazes de coletar dados 3D em tempo real sobre a posição de corpos sólidos, como pessoas, veículos e robôs. No entanto, enquanto redes de sensores multi-LIDAR para uso externo avançam rapidamente, suas contrapartes internas ainda enfrentam desafios.
Avanços na tecnologia para o futuro das cidades inteligentes
Em um estudo publicado no IEEE Sensors Journal em 22 de junho de 2023, pesquisadores do Japão propuseram uma solução inovadora para os obstáculos enfrentados por redes multi-LIDAR internas. Liderados pelos estudantes de doutorado Kuon Akiyama, Kenta Azuma e Ryoichi Shinkuma, do Shibaura Institute of Technology, junto com Jun Shiomi, da Universidade de Osaka, a pesquisa focou em operar um grande número de sensores sob restrições de largura de banda limitada e flutuante.
Redes multi-LIDAR internas necessitam geralmente de mais sensores que as externas devido às limitações impostas por tetos e outros obstáculos. Em ambientes internos de cidades inteligentes, onde a comunicação sem fio entre sensores e um computador de borda é essencial, problemas de largura de banda compartilhada podem surgir durante picos de tráfego.
Soluções adaptativas para redes de sensores
A equipe de pesquisa desenvolveu um sistema que controla de forma adaptativa o volume de dados transmitido por cada sensor. Cada unidade LIDAR está conectada a um dispositivo de controle de sensor que coleta, armazena em buffer e transmite dados para um computador de borda. Esse computador monitora e agrega constantemente os fluxos de dados, observando latência e jitter.
Caso o computador detecte grandes atrasos em um sensor, o sistema ajusta o volume de dados transmitido. Cada sensor possui um filtro que aumenta ou reduz o tamanho da nuvem de pontos transmitida, baseado na importância predeterminada de cada região do espaço 3D. Ao descartar pontos menos importantes, a qualidade da nuvem de pontos agregada é preservada.
Testes e resultados promissores
Os pesquisadores testaram o sistema em ambientes internos experimentais sob diversas condições. Segundo Akiyama, “O projeto foi avaliado com padrões de carga de 100 a 200 MB/s, incluindo cargas dinâmicas variando minuto a minuto. Nosso sistema atendeu aos requisitos de atraso e recebeu pontos altamente importantes, mesmo sob carga dinâmica. Isso demonstra a eficácia da abordagem para objetos em movimento e largura de banda variável”.
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Aplicações e benefícios dos gêmeos digitais
Uma das principais aplicações das redes de sensores multi-LIDAR, internas e externas, é a criação de gêmeos digitais. Esses gêmeos são réplicas virtuais do mundo real, atualizadas em tempo real para capturar movimentos de pessoas, veículos e robôs. Akiyama destaca que “uma rede de sensores LIDAR pode construir um gêmeo digital que cobre uma área ampla, otimizando sistemas de direção autônoma e melhorando a segurança e eficiência da mobilidade autônoma, além de reduzir custos”.
Os avanços no campo dos sensores multi-LIDAR adaptativos prometem acelerar o desenvolvimento de cidades inteligentes, tornando espaços urbanos mais seguros, eficientes e agradáveis para viver.
