Onde Nanotecnologia, IoT, e Indústria 4.0 se encontram

A Internet das Coisas (IoT), a Internet das Coisas Industrial (IIoT) e a Indústria 4.0 estão crescendo significativamente devido aos avanços na capacidade de registrar dados mais precisos e métodos automatizados de análise de dados. Avanços recentes de software, algoritmo e aprendizado de máquina permitiram a automação de muitas redes de sensores até o ponto em que um operador não é mais necessário, a menos que seja notificado pelo próprio sistema. Essas novas redes de sensores e abordagens de manipulação de dados são usadas em aplicações que vão desde edifícios inteligentes a processos de produção industrial - onde cada ambiente é prontamente otimizado com base nas tendências dos dados atuais obtidos em relação aos dados históricos. Em muitos casos, eles podem alterar automaticamente as condições internas e só notificará o operador se ocorrer um problema ou se as tendências dos dados mostrarem que o tempo de inatividade é iminente. Isso forneceu eficiência muito mais alta a vários setores.

 

Embora a nanotecnologia não seja o que vem a cabeça de todos quando se pensa na IoT, já existem maneiras pelas quais a nanotecnologia está ajudando a impulsionar essa área de otimização de dados; e haverá áreas que provavelmente serão usadas comercialmente no futuro. Essas áreas vão desde o ponto inicial de medição até a construção de uma rede de troca de informações usando nanomateriais.

 

 

Melhorando a capacidade dos sensores

 

No centro da IoT e da Indústria 4.0 estão os próprios sensores. Talvez a área que mais se beneficiará com a nanotecnologia seja a medição inicial dos dados. À medida que abordagens de análise de software e dados avançam, elas podem trabalhar com uma quantidade muito maior de dados; e quanto mais preciso é o ponto de dados inicial, mais preciso é todo sistema IoT.

 

A incorporação de nanomateriais como os “materiais sensores” em vários tipos de sensores é bem documentada, com eficiências muito maiores sendo oferecidas pelo seu uso. O pequeno tamanho dos nanomateriais - em particular, os materiais 2D, como o grafeno - geralmente fornecem uma área superficial alta que pode detectar mudanças em um ambiente. Agora, nem todo mecanismo de detecção é o mesmo - alguns são remotos, outros são através da absorção de moléculas, e alguns são em resposta a uma mudança física (entre outros).

 

Os nanomateriais têm várias propriedades que permitem que esses mecanismos funcionem eficientemente - seja por meio de alterações ópticas mensuráveis ​​na distância, adsorção de átomos em sua superfície ou a capacidade de ser flexionada, esticada ou comprimida. Alguns nanomateriais podem realizar pelo menos um, se não todos, esses mecanismos. A alta sensibilidade e, portanto, os pontos de dados mais precisos, geralmente são devidos à alta condutividade elétrica e à mobilidade da portadora de carga dos nanomateriais. Quando alguma coisa é sentida (por adsorção, mudança física, etc.), o mecanismo de detecção invoca uma mudança na condutividade elétrica do nanomaterial, que é então detectada como uma resposta mensurável. Como a mobilidade da condutividade e da portadora de carga dentro de um nanomaterial é freqüentemente alta (ou seja, os nanomateriais de alta condutividade são geralmente usados), a sensibilidade é alta, pois mudanças muito pequenas na condutividade fornecerão uma resposta detectável.

 

A Internet das Coisas Nano (IoNT)

 

A segunda área onde a nanotecnologia pode ser combinada com IoT é a criação de uma rede física, composta de nanomateriais que facilitam a troca de dados através de diferentes componentes que se comunicam entre si em nível nano. Isto é conhecido como Internet das Nano Coisas - Internet of Nano Things (IoNT). Em termos de desenvolvimento, ainda não está no nível de outros sistemas IoT, mas está atraindo interesse dos setores de comunicação e medicina. Um exemplo disso é em aplicações baseadas em campo, onde sensoriamento remoto é necessário, ou para medir diferentes pontos dentro do corpo humano.

 

Como o sistema funciona

 

Como em qualquer sistema, existem vários componentes e o IoNT não é diferente. Há também duas maneiras comuns pelas quais esses componentes se comunicam entre si, e estes são através de nano-comunicação eletromagnética (transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas) e comunicação molecular (informação codificada em moléculas). Quanto aos componentes em si, existem quatro áreas principais da IoNT que ajudam a facilitar a transferência de informações - nano nodes, nano-roteadores, dispositivos de interface nano-micro e gateways.

 

Os nano nodes são o componente mais simples e menor da configuração IoNT e são vistos como uma nanomáquina básica. Essas pequenas nanomáquinas são usadas para transmitir dados e realizar cálculos básicos. No entanto, seu pequeno tamanho (e energia) limita a distância que eles podem transmitir dados, e eles possuem uma memória interna muito pequena. No entanto, eles podem ser colocados em um local específico e transmitir dados para um nano-roteador maior, que então transmite os dados por distâncias maiores. Portanto, os nano nodes podem frequentemente ser o componente real do sensor do sistema.

 

Os nano nodes passam os dados para o nano-roteador, que é uma nanomáquina com um poder computacional muito maior. Por possuírem um maior poder computacional, eles atuam como um agregador para todos os nano nodes envolventes que obtêm os dados iniciais. Eles podem então controlar os comandos de troca entre os nano nodes e enviar as informações para o dispositivo de interface nano-micro. Esses dispositivos de interface agregam todos os dados dos nano-roteadores e transmitem os dados para a microescala (e vice-versa) usando uma combinação de técnicas de nano-comunicação e protocolos de rede clássicos. O gateway então atua como o controlador de todo o sistema e permite que os dados sejam acessados ​​em qualquer lugar através da Internet.

 

Conclusão

 

A indústria 4.0 está apenas emergindo e começando e continuará avançando nos próximos anos. Isso é fato. No entanto, embora abordagens convencionais de transferência de dados, computação em nuvem e manipulação de dados sejam usadas em muitos setores agora, pode chegar a um ponto - assim como a computação - em que a transferência de dados precisa ocorrer por meio de arquiteturas muito menores. Quando a necessidade imediata estiver lá comercialmente, o trabalho de base que está sendo colocado em IoNT permitirá que ela seja usada quando a Indústria 4.0 realmente tomar conta de todos os setores da indústria.

 

Artigo escrito originalmente por Liam Critchley para Mouser Electronics: Where Nanotechnology, the IoT, and Industry 4.0 Meet.

 

Traduzido por Equipe Embarcados.

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