Ciudad inteligente

- Apr 15, 2016-

1. Introducción

La visión de "Smart Cities" es el centro urbano del futuro, seguro, ambientalmente ecológico y eficiente, ya que todas las estructuras, ya sean de energía, agua, transporte, etc., están diseñadas, construidas y mantenidas haciendo uso de sistemas avanzados, materiales integrados, sensores, productos electrónicos y redes que se interconectan con sistemas computarizados compuestos por bases de datos, seguimiento y algoritmos de toma de decisiones. Los desafíos de investigación e ingeniería en el camino hacia esta visión abarcan muchos campos técnicos, incluidos la física, la química, la biología, las matemáticas, la informática, los sistemas, la mecánica, la electrónica y la ingeniería civil. En el nivel más simple está el componente básico y su (s) mecanismo (s) de "retroalimentación" o autocontrol asociados. Cada uno debe identificarse o, si ya existe, adaptarse a la aplicación adecuada. En el siguiente nivel está el diseño del sistema haciendo uso de estos componentes. Asociado con esto sería la interfaz a la capacidad de "supervisión" computarizada para cada función dada. A continuación, se proporciona la estructura completa o el servicio y, por último, la integración de la información en todos los aspectos relacionados y aparentemente no relacionados de una infraestructura esencial de los centros urbanos. Una ciudad que monitorea e integra las condiciones de todas sus infraestructuras críticas, incluyendo carreteras, puentes, túneles, ferrocarriles / subterráneos, aeropuertos, puertos marítimos, comunicaciones, agua, energía, incluso edificios importantes, puede optimizar sus recursos, planificar sus actividades de mantenimiento preventivo y monitorear aspectos de seguridad mientras maximiza los servicios a sus ciudadanos. La gestión de respuesta de emergencia tanto para los desafíos naturales como para los provocados por el hombre puede ser enfocada y rápida. Con los sistemas de monitoreo avanzados y los sensores inteligentes integrados, los datos se pueden recopilar y evaluar en tiempo real, mejorando la toma de decisiones de la administración de la ciudad. Por ejemplo, los recursos pueden comprometerse antes de una ruptura de la tubería de agua, las tripulaciones de distribución de sal se envían solo cuando un puente específico tiene condiciones de formación de hielo y se reduce el uso de inspectores al conocer la condición de vida de todas las estructuras. A largo plazo, la visión, los sistemas y las estructuras de Smart Cities supervisarán sus propias condiciones y llevarán a cabo reparaciones automáticas, según sea necesario. El entorno físico, el aire, el agua y los espacios verdes circundantes se controlarán de forma no intrusiva para obtener una calidad óptima, creando así un entorno de vida y trabajo mejorado que sea limpio, eficiente y seguro, y que ofrezca estas ventajas en el marco de la uso más efectivo de todos los recursos. Este documento discute una iniciativa actual liderada por el Laboratorio Nacional de Brookhaven para crear una agenda de investigación, desarrollo e implementación que promueva esta visión. Esto se basa en la aplicación de nuevas tecnologías a los problemas actuales del centro urbano mientras se buscan 20 años en el futuro y se conceptualiza un marco de ciudad que pueda existir.

2. Baclkm-ound

Los desarrollos recientes en materiales inteligentes y estructuras inteligentes se pueden clasificar en dos categorías: aquellos en los que se desarrollan materiales verdaderamente nuevos (autoconocimiento y diagnóstico) y aquellos en los que se implementan e interconectan microsistemas u sistemas ópticos más pequeños, más pequeños y más numerosos. con sistemas de respuesta. En la primera categoría, desarrollos tales como pantallas de cristal mejorado y músculos artificiales reflejan desarrollos que empujan los límites de la miniaturización al nivel molecular. Otro ejemplo es el desarrollo de membranas mejoradas para procesos de separación que son más sensibles y específicos para especies químicas particulares. La segunda categoría ha sido de más interés para diseñadores e ingenieros en que la aplicación de sensores y mecanismos de respuesta en estructuras brinda la oportunidad de reducir los costos totales y generales. Los beneficios obtenidos de estas aplicaciones también se están extendiendo a las infraestructuras civiles, como puentes y presas. Sin embargo, aunque la iniciativa comienza con esta categoría, los objetivos a largo plazo del concepto de ciudades inteligentes están integrados en el primero. Varios de los problemas de investigación identificados son: la categorización de la identificación de infraestructura crítica de los parámetros a ser monitoreados; resolución de parámetros medidos a medidas de rendimiento manejables; aplicación de I + D actual sobre sensores inteligentes, desarrollo de materiales, sensores y tecnologías de medición; y la expansión de las capacidades de computación, redes e integración de transmisión. En los últimos veinte años, los materiales y las estructuras inteligentes, también conocidos como materiales y estructuras "inteligentes" o "adaptativos", han sido objeto de considerable investigación. Últimamente, las aplicaciones civiles, de interés tanto para el gobierno como para la academia, han evolucionado a partir de lo que originalmente y principalmente fue un enfoque militar y aeroespacial. Las aplicaciones / investigaciones militares y aeroespaciales, desde microactuadores integrados para controlar el flujo sobre superficies aerodinámicas y en matrices de microválvulas, hasta la investigación de aleaciones con memoria de forma y monitoreo de diagnóstico de estructuras compuestas, han sido bien respaldadas por el Departamento de Defensa de EE. UU. por la NASA, con una considerable investigación en centros académicos de investigación afiliados, tales como el Laboratorio de Estructuras y Composite de la Universidad de Stanford y el Centro de Dinámica y Control de Estructuras Inteligentes de la Universidad de Harvard. Más recientemente, una base diversificada ha estado evolucionando junto con las necesidades y expectativas tecnológicas de los sectores civil e industrial para abordar las necesidades biológicas, de infraestructura y de transporte. Como resultado, se está llevando a cabo un trabajo de investigación dinámico y multidisciplinario en varios institutos patrocinados por la universidad y el gobierno. La visión de las ciudades inteligentes se basa en estos esfuerzos y se centra en integrarlos para su uso en el entorno urbano. Examinar e investigar complejos 'mega-sistemas' más allá del componente o incluso del sistema discreto, requerirá innovaciones basadas en enfoques integradores y holísticos. Estos mega sistemas abarcan la sostenibilidad, evitando el daño ambiental, el uso eficiente de energía y materiales, y la ingeniería del ciclo de vida, como soluciones integradas. Además de la base de financiación ya en evolución y ampliación para estas tecnologías, las soluciones viables deberán incluir el patrocinio de nuevos actores, como el Departamento de Energía y la Agencia de Protección Ambiental, así como la cooperación internacional. Además, la Ley del Congreso, HR 115, Ley de Desarrollo de Infraestructura Nacional de 1999, indica la gran necesidad (y el interés gubernamental) de métodos incluso más creativos y eficientes de financiar iniciativas relacionadas con la infraestructura, y reunir los recursos necesarios para satisfacer las demandas de financiamiento de infraestructura existentes y proyectadas.

3. El enfoque

Para realizar esta visión, esta iniciativa se ha llevado a cabo para construir una alianza de universidades, gobierno, asociaciones empresariales, el sector privado y el Laboratorio Nacional de Brookhaven. La intención es desarrollar una estructura que pueda vincular las necesidades de los centros urbanos con los recursos de la comunidad académica y de laboratorio, para identificar de manera eficiente las tecnologías en sus respectivas carteras que pueden implementarse mediante proyectos de demostración para la comercialización en las ciudades. Cuando la tecnología no existe, entonces comienza un esfuerzo de investigación aplicada para abordar estas necesidades. El modelo elegido para comenzar esta iniciación es el de la región noreste de los EE. UU. Se basó en un análisis de necesidad simple que analizó la densidad de población y la edad del centro urbano de la región, empezando por la ciudad de Nueva York. El modelo regional, que se describe a continuación, puede expandirse a nivel nacional e internacional.

4. Progreso

El concepto de ciudades inteligentes, aunque en una etapa de planificación desde fines de 1998, recibió su primer financiamiento en enero de 2000. Desde entonces, la alianza comenzó a formarse con 2 universidades regionales que se unieron al equipo junto con una Autoridad Estatal de Nueva York involucrada en una importante programa de Desarrollo. Además, la Asociación de Empresas Ambientales del estado de Nueva York ha acordado convocar a un consejo de representantes empresariales para continuar el proceso de identificación de necesidades y priorización de I + D. Durante el mes de agosto de 2000, la iniciativa vio materializarse sus primeros fondos de servicios públicos y privados. En este punto, el concepto ha madurado, a través del intercambio con los miembros de la alianza y un programa activo de I + D ha comenzado. La Fig. 1 muestra el estado de la agenda de I + D con tres áreas de impulso soportadas, estructuras pasivas, servicios subterráneos y Edificios Verdes. Un cuarto, el de los sistemas de fluidos, se encuentra en la etapa de revisión de la propuesta. A medida que las iniciativas continúen madurando, se anticipa que se agregarán nuevas áreas de impulso a medida que las actuales comiencen a entregar un flujo de productos al sector comercial.

5. El futuro

Con el éxito temprano de la visión, se espera que la iniciativa crezca y tome protagonismo nacional: En los próximos 12 a 18 meses, los dos primeros productos se verán inmersos para satisfacer las necesidades de la ciudad. Se espera que el empuje de la estructura pasiva complete la investigación o un sensor óptico remoto de campo completo con capacidades para medir la degradación estructural desde la antigüedad de los puentes hasta la deslaminación de las fachadas de los edificios de ladrillo. El segundo, proveniente del empuje subterráneo de las empresas de servicios públicos, será un sistema de detección e imágenes con capacidad de alta resolución para localizar no solo los sistemas seleccionados, como las tuberías subterráneas de gas y agua, sino también sus articulaciones problemáticas. Al igual que cualquier empresa importante como esta, su éxito radicará en la capacidad de adaptar creativamente las necesidades del usuario final a la I + D práctica y mediante el establecimiento de un motor de financiación sostenible. Estas dos áreas serán elementos de alta prioridad durante el próximo año. La educación es una parte vital del futuro de las Smart Cities. La iniciativa planea realizar 2 talleres en los próximos 12 meses para comenzar el proceso de educación de nuestros líderes empresariales y gubernamentales. Además, un proceso de extensión ha comenzado a analizar el currículo actual de ingeniería universitaria con la idea de las necesidades de los futuros graduados.

Por último, es hora de ampliar la visión para solicitar aportes de la comunidad internacional. Los centros urbanos alrededor del mundo enfrentan desafíos similares. Este Taller internacional de extensión de la vida, al reunir a representantes de la ciudad de Nueva York y París, representa el comienzo de este esfuerzo.

6. Conclusión

Se ha presentado una visión de la ciudad del futuro, que se basa en la integración de la ciencia y la tecnología a través de los sistemas de información. Un futuro que requerirá un replanteamiento de las relaciones entre el gobierno, los administradores de la ciudad, las empresas, el mundo académico y la comunidad investigadora. El título de esta visión es Smart Cities.


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