Sistemas ciberfísicos y la cadena de suministro

La industria 4.0 ha traído consigo avances como los sistemas ciberfísicos para fomentar la comunicación de los objetos físicos a través de internet.

¿Qué son los sistemas ciberfísicos?

Los sistemas ciberfísicos (o CPS, por sus siglas en inglés) son mecanismos construidos a partir de una perfecta integración de la computación y los componentes físicos que están dirigidos por algoritmos. Tienen la capacidad de copiar, automatizar y controlar elementos físicos en un entorno digital y, según la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, integran la computación, el control y las redes en los objetos e infraestructuras físicas conectándolas a internet y entre sí mismas.

Si bien los sistemas ciberfísicos se parecen mucho al concepto Internet of Things (IoT) o al internet industrial de las cosas (IIoT), no se trata de lo mismo. Según la Universidad Vanderbilt, el IoT es la tecnología que permite la interconexión de todo tipo de dispositivos para la monitorización y el intercambio de datos. Por su parte, los sistemas ciberfísicos están estrechamente vinculados a los procesos físicos. Suponen la base para un IoT que, a su vez, puede generar una eficiencia y conectividad avanzadas para aparatos y servicios en múltiples dominios del espacio ciberfísico.

Características de los sistemas ciberfísicos

Los CPS o sistemas ciberfísicos y la robótica pueden estar interrelacionados, ya que esta tecnología puede estar implicada en nanodispositivos o robots dedicados a la fabricación de mecanismos de precisión:

Impulsados por datos. Los sistemas ciberfísicos recopilan información desde sensores y dispositivos IoT.
Sensores móviles para la fusión de datos. Primero, pequeños sensores móviles se integran en objetos físicos. Después, los datos recopilados desde distintos puntos de una red se unen para crear una nueva información con el contexto suficiente y el conocimiento derivado de todas las fuentes.
Entrenadores de modelos. Una vez contextualizados los datos, los sistemas ciberfísicos pueden emplearse para entrenar modelos de inteligencia artificial.
Con diseños basados en simulaciones. Su diseño se lleva a cabo mediante simulaciones exhaustivas que producen un feedback en tiempo real de las características físicas.
Autónomos. Tanto el hardware como el software de los sistemas ciberfísicos son inteligentes, precisos y con capacidad de reacción. Estos pueden tener en cuenta el comportamiento de los sistemas físicos sin dirección manual o intervención humana alguna.
Con comunicación en tiempo real. Los sensores IoT y otros aparatos en red recogen información continuamente y pueden analizar la experiencia. Así, pueden comportar mejoras, aplicarlas e incrementar su propia eficacia.
Seguros y privados. Los sistemas ciberfísicos pueden incorporar mecanismos que enmascaren la identidad de los usuarios y anonimizar los datos antes de utilizarlos para modelar y controlar cualquier atributo de su diseño físico.

Los sistemas ciberfísicos constan de software, hardware y componentes para la conectividad

¿Cómo se compone un sistema ciberfísico?

En estos sistemas controlados por aplicaciones informáticas, los sensores son la puerta de entrada para algoritmos de inteligencia artificial que se ejecutan en la nube. Estos elementos componen los CPS y les permiten operar en un espacio ciberfísico:

Hardware. Sensores y toda clase de sistemas eléctricos, electrónicos, hidráulicos, mecánicos, mecatrónicos o neumáticos.
Software. Algoritmos que toman decisiones inteligentes basadas en la información recabada.
Componentes de conectividad. Establecen comunicaciones con otros sistemas a fin de generar e intercambiar datos útiles.

Ejemplos de sistemas ciberfísicos

Integrar las capacidades de computación, almacenamiento de datos y comunicación con el control de objetos en el mundo físico posibilita el desarrollo de nuevas soluciones en escenarios como los siguientes:

Control de máquinas para mejorar su rendimiento.
Monitorización del estado de los sistemas y su optimización a través del mantenimiento predictivo.
Colaboración y aprendizaje entre robots. Los sistemas ciberfísicos y la robótica conviven, por ejemplo, cuando los AMR comparten mapas de los almacenes entre sí a través de un software de gestión de flotas.
Vehículos que distribuyen información con infraestructuras o entre sí para escoger la ruta o la velocidad óptima.

Los sistemas ciberfísicos se emplean para el control de máquinas y el aprendizaje de robots

Diferencias entre los sistemas ciberfísicos y el IoT

Los sistemas ciberfísicos se caracterizan por ofrecer un control retroalimentado del mundo físico mediante computación en tiempo real. Además, existen otros muchos aspectos que los diferencian del Internet of Things:

Sistemas ciberfísicos	Internet of Things
Los CPS supervisan y controlan procesos físicos	El IoT sirve para crear una red de dispositivos interconectados que recogen e intercambian datos
Son una integración física con componentes cibernéticos en red	Contiene aparatos físicos conectados a sensores en internet
Son más complejos que los dispositivos IoT	Son relativamente simples
Los sistemas ciberfísicos están diseñados para interactuar con procesos físicos y dirigirlos	Los dispositivos IoT se crean para interactuar con centros de datos
Los CPS requieren de un análisis de datos en tiempo real para asegurar que los sistemas físicos funcionan correctamente	Los IoT generan grandes cantidades de información que puede ser analizada para saber más sobre el comportamiento de usuarios, productos y otros factores
Algunos ejemplos de CPS son los vehículos autónomos, los sistemas de automatización industrial y aparatos médicos	Los termostatos inteligentes, monitores de actividad deportiva y sistemas de seguridad doméstica pueden utilizar el Internet of Things

Áreas de aplicación de los sistemas ciberfísicos

Al retroalimentarse, los sistemas ciberfísicos son cada vez más ricos en datos, por lo que son empleados en múltiples sectores industriales y también tienen usos en la cadena de suministro:

Fábricas inteligentes. Estos lugares de trabajo aprovechan los CPS para controlar procesos productivos o monitorizar sus consumos energéticos. Los sistemas ciberfísicos y la robótica forman un tándem.
Medicina asistida. Un ejemplo son los instrumentos médicos asistidos que se emplean en operaciones quirúrgicas y otro, las prótesis biónicas.
Vehículos autónomos, drones y casas domóticas.

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