IoT Ambiental e IA, la fusión para un entorno inteligente

Contenido

• IoT Ambiental + IA = entornos inteligentes y autónomos: Los sensores sin batería, alimentados por energía ambiental, permiten decisiones en tiempo real sin intervención humana.
• Aplicaciones reales en industria y ciudades: Desde trazabilidad en la cadena de suministro hasta gestión del tráfico y calidad del aire en ciudades inteligentes.
• Retos y estándares clave para su adopción: Interoperabilidad, Ciberseguridad y eficiencia energética marcan el camino hacia ecosistemas escalables y sostenibles.

¿Qué es IoT Ambiental?

Ambient Internet of Things (Ambient IoT) extiende la IoT tradicional utilizando dispositivos IoT interconectados que operan de manera autónoma, sin baterías convencionales y alimentándose de la recolección de energía ambiental (energy harvesting).

De este modo Ambient IoT se integra discretamente en el entorno, minimizando la intervención humana y optimizando la toma descentralizada de decisiones. Esto permite procesar y analizar datos en tiempo real sin servidores centralizados, mejorando la seguridad, reduciendo la latencia y optimizando la eficiencia y sostenibilidad.

Esto permite una mayor escalabilidad y sostenibilidad, impulsando su adopción en sectores como la logística, gestión urbana y automatización industrial, por ejemplo. También en agricultura, donde estos sensores autoalimentados pueden monitorizar la humedad del suelo y las condiciones climáticas sin necesitar mantenimiento frecuente.

■ El concepto de IoT Ambiental, acuñado por 3GPP en 2023, ha ganado relevancia con la creación de la Ambient IoT Alliance, que promueve su adopción y estandarización global.

Inteligencia Ambiental Invisible (IAI)

La Inteligencia Ambiental Invisible (IAI) surge de esta integración de la IA en estos dispositivos inteligentes y sensores conectados diseñados para operar de manera discreta y sin necesidad de intervención humana. De igual forma, la IAI se integra en el entorno sin alterar la experiencia del usuario y funciona de manera transparente, sin requerir interacciones explícitas.

El objetivo de esta convergencia es crear ecosistemas interconectados donde la recopilación, el procesamiento y la aplicación de datos se realizan de forma autónoma. Basada en principios de computación ubicua, aprendizaje automático y energía ambiental, la IAI proporciona soluciones inteligentes en entornos urbanos, industriales y domésticos.

IAI se habilita combinando conectividad de bajo consumo, dispositivos IoT optimizados y técnicas de recolección de energía que eliminan la necesidad de baterías.

De este modo, la IA en local o en sistemas de Edge Computing procesa los datos recopilados o generados por los dispositivos IoT para analizarlos y tomar decisiones en tiempo real, proporcionando respuestas automáticas y adaptativas. Esto facilita desde la optimización del tráfico en ciudades inteligentes hasta la predicción de fallos en sistemas industriales, mejorando la eficiencia y reduciendo costes.

Estándares y protocolos de IoT ambiental

Para que Ambient IoT funcione de manera eficiente y escalable, es fundamental adoptar protocolos de comunicación de bajo consumo, como NB-IoT, que optimizan la transmisión de datos con un consumo energético reducido.

La evolución de esta tecnología se basa en soluciones como la tecnología RFID pasiva, muy utilizada para la identificación sin batería. Esta tecnología se utiliza comúnmente en tarjetas de identificación, gestión de stock o acceso al transporte público, y permite una interacción eficiente sin necesidad de alimentación interna.

Las principales organizaciones tecnológicas están unificando esta tecnología de conectividad, incluyendo:

• 3GPP optimiza redes móviles para dispositivos IoT de bajo consumo, incluyendo:
  
  
  • NB-IoT (Narrowband IoT) es una conectividad de banda estrecha para dispositivos IoT que requieren bajo consumo de energía, amplia cobertura (incluso en interiores) y conectividad a bajo precio
  • LTE-M (LTE for Machines) ofrece mayor ancho de banda que NB-IoT, soporte para voz, movilidad y menor latencia. Es adecuado para Ambient IoT que requieren transferencias de datos rápidas o en movimiento.
• IEEE desarrolla protocolos para optimizar la transmisión de datos en redes IoT.
  
  
  • UWB (Ultra-Wideband) es una radiofrecuencia de corto alcance que proporciona localización precisa y comunicación de datos con alta precisión espacial (centimétrica). Es muy adecuada para aplicaciones de Ambient IoT que requieren posicionamiento exacto.
• Bluetooth Low Energy (BLE) es adecuado para Ambient IoT por su bajo consumo y compatibilidad con dispositivos móviles.
• RFID (Radio Frequency Identification) utiliza campos electromagnéticos para identificar y rastrear automáticamente etiquetas pasivas, sin baterías, adheridas a objetos.
• Protocolos MQTT y CoAP para la transmisión eficiente de datos en dispositivos con recursos limitados, asegurando que la información fluya sin consumir demasiada energía.

■ NB-IoT es relevante para Ambient IoT, ya que permite conectividad de largo alcance con consumo ultrabajo. Esto posibilita dispositivos sin batería o con autonomía de varios años.

Aplicaciones que transforman la industria y las ciudades

El establecimiento de estándares tecnológicos es esencial para promover aplicaciones y casos de uso capaces de transformar sectores completos, desde la gestión eficiente de la cadena de suministro hasta el desarrollo de ciudades inteligentes.

Caso de uso: IoT ambiental en la cadena de suministro

Ambient IoT ha impactado la gestión de la cadena de suministro con la incorporación de sensores autoalimentados en productos y embalajes para garantizar una supervisión constante de condiciones clave como:

• Temperatura y humedad: Los sensores en la industria farmacéutica y alimentaria aseguran que los productos se transporten en condiciones adecuadas.
• Ubicación y trazabilidad: Los dispositivos IoT permiten el seguimiento en tiempo real de envíos, mejoran la logística y reducen pérdidas.
• Prevención de fraude: La detección de alteraciones en la carga combate la falsificación de productos.

■ IAI permite que las soluciones de Ambient IoT sean predictivas y no solo reactivas, anticipando y actuando ante eventos. Esto es relevante en la gestión urbana, por ejemplo, o en la automatización industrial, donde prevenir fallos puede ahorrar costes, reducir tiempos de inactividad y mejorar la eficiencia.

Impacto de Ambient IoT en ciudades inteligentes

Ambient IoT transforma la gestión urbana mediante sensores autoalimentados para monitorizar el entorno en tiempo real integrando la tecnología de manera imperceptible para habilitar la automatización inteligente de procesos urbanos sin intervención humana, incluyendo:

• Monitorizar la calidad del aire con sensores que detectan partículas contaminantes y proporcionan datos precisos para mejorar la regulación ambiental.
• Optimización del tráfico mediante sensores en semáforos y vías para recopilar datos en tiempo real que ajusten la sincronización del tráfico y reduzcan la congestión.
• Eficiencia energética al distribuir sensores para optimizar el consumo eléctrico en luminarias de alumbrado público e iluminación de edificios inteligentes.

Desafíos para implementar Ambient IoT

Las aplicaciones de Ambient IoT en ciudades inteligentes ofrecen beneficios, pero su adopción masiva enfrenta retos técnicos, operativos y normativos. Para desarrollar un ecosistema funcional es necesario abordar desafíos como la recolección de energía, la interoperabilidad y la Ciberseguridad.

Ambient IoT Alliance (AIoTA) apoya los esfuerzos de estandarización para asegurar una adopción segura y compatible con los estándares existentes.

AIoTA busca desarrollar un ecosistema abierto y alineado con estándares para la interconexión eficiente de dispositivos Ambient IoT sin batería a través de tecnologías como NB-IoT, Bluetooth o 5G, teniendo en cuenta:

• Recolección de energía: La eficiencia en la captura y almacenamiento de energía ambiental es fundamental para el funcionamiento continuo de los dispositivos.
• Interoperabilidad: Para asegurar la compatibilidad, la diversidad de fabricantes y tecnologías requiere estándares definidos.
• Seguridad y privacidad: Los datos generados por los dispositivos Ambient IoT plantean riesgos en Ciberseguridad y protección de información.

■ Los dispositivos de bajo consumo pueden tener capacidades limitadas para implementar protocolos de seguridad robustos, lo que los hace vulnerables a ataques. Además, la naturaleza distribuida de estos sistemas incrementa la superficie de ataque potencial.

Conclusión

Ambient IoT está transformando la interacción entre el mundo físico y digital al permitir la interconexión de dispositivos autoalimentados que recopilan y transmiten datos en tiempo real. Combinado con la IA, surge la Inteligencia Ambiental Invisible (IAI) que abre nuevas posibilidades para crear entornos inteligentes donde la automatización de procesos optimiza el uso de recursos y mejora la eficiencia.

Los casos de uso en la cadena de suministro y la gestión de ciudades inteligentes demuestran el impacto de Ambient IoT. Los sensores autoalimentados garantizan la trazabilidad de productos, monitorizan la calidad del aire y regulan el tráfico sin intervención humana.

El futuro del Ambient IoT depende de resolver retos clave: lograr que dispositivos de distintos fabricantes trabajen juntos, optimizar el aprovechamiento energético y garantizar la seguridad y privacidad de los datos.

El objetivo es crear un ecosistema digital donde los dispositivos sean autónomos, se comuniquen de manera eficiente y protejan la privacidad de los usuarios.

A pesar de estos retos, iniciativas como la Ambient IoT Alliance promueven la estandarización y adopción de soluciones donde convergen la conectividad inalámbrica de bajo consumo, la electrónica optimizada y las técnicas de energy harvesting.

Esta fusión facilita el desarrollo de ecosistemas digitales más resilientes y autónomos y abre el camino hacia un futuro donde la tecnología se integra de manera invisible en nuestro entorno, promoviendo un desarrollo sostenible y una mejor calidad de vida.