Infraestrutura inteligente: uma fronteira emergente para pesquisa multidisciplinar

Este artigo tem como objetivo apresentar os fundamentos de uma linguagem comum. Primeiro, os autores revisam literatura acadêmica para delinear as principais características dos chamados sistemas de infraestrutura smart. Definem e diferenciam sistemas de infraestrutura smart e inteligentes. Usam um LVP estrutura para descrever os níveis (L), valores (V) e princípios (P) de sistemas de infraestrutura inerentemente smart.

Os autores esperam que a eliminação da ambiguidade e a fragmentação na definição de sistemas de infraestrutura smart melhorare a pesquisa e a prática desses sistemas. Essa busca por uma infraestrutura mais eficiente associada ao aumento da tecnologia da informação (TI) levou ao conceito de 'infraestrutura smart', em que tecnologias como sensores conectados e análise de big data são integradas à infraestrutura física.

De fato, o termo infraestrutura smart está sendo usado em vários contextos para descrever diferentes cenários sociotécnico. Desta forma, não há uma definição comum para descrever uma infraestrutura smart, muito menos para protege-la ou construí-la, fazendo com que abra espaço para ambiguidade, interpretações frouxas e perda de significado como o caso de conceitos como desenvolvimento sustentável.

Esta falta de clareza já começou a impactar nos projetos de infraestrutura smart, pois as expectativas dos proprietários ou operadores de ativos são frustadas pela implementação orientada pela tecnologia das chamadas soluções inteligentes. Para resolver esse problema, os autores revisaram a literatura acadêmica entre 1990 e 2016 e tentaram apresentar uma definição abrangente do termo infraestrutura smart

Uma infraestrutura smart é uma lente através da qual o futuro é visto. Trata-se de carros autônomos que se reconhecem, pontes que detectam suas próprias fraquezas, redes elétricas que trocam dados com eletrodomésticos, enfim, todos os sistemas de infraestrutura ciberfísica que tornam as cidades inteligentes.

Infraestrutura smart é definida como a espinha dorsal de uma cidade, impulsionada por uma rede de sensores sem fio. Composta por um subsistema de energia inteligente, um subsistema de informações inteligentes e um subsistema de comunicação inteligente.

No contexto de uma economia global baseada no conhecimento, o termo "infraestrutura smart" é frequentemente usado para representar três elementos estratégicos, a saber: conhecimento individual, propriedade intelectual e redes sociais.

Infraestrutura smart está relacionada com o talento, tecnologia, capital e know-how que se combinam para influenciar fortemente o desenvolvimento e a sustentabilidade dos principais technopoles do mundo.

Na literatura de define infraestrutura smart como um processo de transição de um estado de 'idiotice' para um estado de 'inteligência'. Nesse contexto, uma infra-estrutura idiota não é capaz de se comunicar, adaptar-se às novas necessidades e se conectar a uma rede maior, enquanto uma infra-estrutura smart pode melhorar o desempenho.

Uma infraestrutura smart é uma infraestrutura existente que foi transferida para um regime de grandes mudanças positivas na prestação de serviços de infraestrutura devido à adoção de inovações tecnológicas.

Infraestrutura smart é a coleta contínua de um grande volume de informações a serem analisadas e realimentadas na operação do sistema para melhorar o desempenho. No nível mais básico, uma infraestrutura smart pode ser definida como uma rede de sensores interconectados que fornece informações digitais em tempo real sobre o estado do sistema.

Infraestrutura smart se concentra na capacidade de auto-monitoramento do sistema através da combinação de ativos físicos e tecnologia digital.

Infraestrutura smart é 'o resultado da combinação de infraestrutura física com infraestrutura digital, fornecendo informações aprimoradas para permitir melhor tomada de decisão, mais rápido e mais barato'.

Uma infraestrutura smart tem a capacidade de se autogovernar ou tomar decisões sem intervenções humanas, infraestrutura smart como aquela capaz de se monitorar, se comunicar e, o mais importante, de se autogovernar.

Uma infraestrutura smart é aquela que 'tem a capacidade de influenciar e direcionar seu próprio uso, manutenção e suporte, respondendo de maneira inteligente às mudanças em seu ambiente'.

Inteligente contra infraestrutura inteligente

Há uma confusão sobre como o termo smart é diferente de inteligente quando usado para descrever ativos físico, como edifícios ou redes de serviços públicos. A revisão da literatura dos autores indica que infrasestrutura inteligente e infraestrutura smart foram pesquisados ativamente por muitas décadas, evidenciando que o sistemas inteligentes são aqueles com maior grau de inteligência, como é o caso da infraestrutura smart, já a inteligencia no contexto de ativos físicos refere-se ao suporte oportuno à decisão que ajuda os operados humanos a alcançar resultados mais seguros, confiáveis, relevantes e eficientes, uma infraestrutura inteligente é a arquitetura que permite o surgimento de tal inteligência, tem tudo a ver com captura e análise de dados, a fim de gerar eficiência por meio de respostas autonômicas.
Uma das definições mais antigas e ainda mais abrangentes de infraestrutura inteligente foi um pacote integrado de infraestrutura física e sistema de monitoramento baseado em sensor que tem capacidade de 

1. sentir seu ambiente de carregamento, assim suas respostas e qualquer deterioração e danos contínuos;
2. raciocinar avaliando suas condições saúde, capacidade e necessidades de desempenho e o desempenho real que está sendo entregue;
3. comunicar-se através de interfaces apropriadas com outros componentes e sistemas, incluindo gerentes humanos;
4. aprender como a experiência e fazer interface com seres humanos para obter conhecimento heurísticos e mecanicista;
5. decidir e tomar medidas para alertar oficiais, desviar usuários, controle estrutural, auto concerto, fechamento;

Por esse motivo, alguns autores sustentam que, no contexto da descrição de ativos físicos, os termos smart e inteligente conotam o mesmo significado e, portanto, podem ser usados de forma intercambiável. Essa mistura confusa entre inovação tecnológica, estratégias de marketing e linguagem, já alcançara níveis paroxísticos como o lançamento do primeiro iMac e sua lista interminável de derivados, clones e emuladores (iPhone, iPod, iSee ou mesmo i30). o 'i' no iMac nunca significou 'inteligente' significa "internet, indivíduo, informa, instrui e inspira".

No contexto da industria da construção, tentam diferencias as tecnologias argumentando que as estruturas construídas progrediram de primitivas para simples, depois automatizadas, depois inteligentes e finalmente smart. D acordo com essa tipologia, estruturas primitivas são construções físicas comuns sem nenhum controle, estruturas simples tem controles que são operados manualmente, estruturas automatizadas possuem controle que são operados automaticamente a partie de um local central, estruturas inteligentes possuem controles que são operados automaticamente, com capacidades aprimorada adicional de sensor para ajustar as operações para atender às necessidades do usuário em tempo real, quanto estruturas inteligentes são simplesmente estruturas inteligentes que fornecem uma gama mais ampla de serviços automatizados que podem ser escalados normalmente para se adaptar melhor ás condições do usuário e do ambiente.

Estrutura LVP para infraestrutura smart

A estrutura LVp proposta refere-se aos níveis (L), valores (V) e princípios (P). A estrutura do LVP visa fornecer uma tipologia formal e replicável para classificar, comparar e fazer benchmarks.

Níveis de infraestrutura smart

(a) Infraestrutura semi-inteligente: é uma infraestrutura que coleta e registra dados sobre seu próprio uso, sem capacidade de tomar decisões com base nos dados adquiridos.

(b) Infra-estrutura inteligente ou semi-inteligente: é uma infraestrutura que coleta e processa os dados em informações acionáveis ​​em tempo real, que são usadas por si ou por um operador humano na tomada de decisões ótimas

(c) Infraestrutura smart: é uma infraestrutura que coleta dados; processa os dados; e toma ações apropriadas de maneira completamente autônoma

Valores da infraestrutura smart

(a) Auto-monitoramento e precisão na tomada de decisão: isso envolve a capacidade de auto-monitorar, melhorar a precisão e a pontualidade da tomada de decisão

(b) Eficiência e economia de custos: isso implica reduzir a sobrecarga operacional e economizar custos, realizando mais com menos.

(c) Confiabilidade: Isso envolve minimizar o tempo de inatividade, falha ou interrupção do serviço.

(d) Segurança, proteção e resiliência: isso envolve a manutenção de processos e projetos adaptáveis ​​que mantêm a infraestrutura e seus usuários seguros, protegidos e resilientes a riscos causados ​​pelo homem e pela natureza.

(e) Interação e empoderamento do usuário: Isso envolve melhorar a experiência do usuário e fornecer serviços que são adaptáveis ​​às novas necessidades dos consumidores.

(f) Sustentabilidade: envolve a otimização da tomada de decisões para garantir o uso sustentável dos recursos

(g) Minimização de redundância: isso envolve minimizar componentes redundantes no sistema, economizando custos de energia e disponibilizando mais recursos para outros fins importantes.

(h) Tempo de resposta: envolve detecção precoce e resposta a eventos críticos de tempo, como falhas, ameaças externas e manutenção preventiva urgente.

(i) Baixa pegada de dióxido de carbono ('pegada de carbono'): isso implica minimizar as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e o consumo de energia.

(j) Qualidade do serviço: Isso significa melhorar a qualidade e a gama de serviços fornecidos por uma infraestrutura, a fim de obter melhor qualidade de vida, resultados sociais e produtividade econômica.

Princípios da infraestrutura smart

Certos princípios básicos nutrem o design e a construção da infraestrutura smart.

(a) Adquirir dados:. Para implementar uma iniciativa de infraestrutura inteligente, um processo de aquisição de dados deve ser implementado, base para uma melhor tomada de decisão

(b) Analisar dados:, interpretados e transformados em um formato acionável para tomada de decisão otimizada

(c) Loop de feedback de Maintin: Uma característica distintiva de uma infraestrutura smart que deve ser preservado mantendo um loop de feedback para otimizar a eficiência operacional 

(d) Projeto para adaptabilidade: Ao projetar uma infraestrutura smart, os recursos adaptativos devem ser incorporados aos componentes físicos e digitais do sistema,

Abordagem multidisciplinar da infraestrutura smart

Os economistas poderiam contribuir para entender até que ponto o uso da infraestrutura smart (por exemplo, redes inteligentes) pode elasticizar a demanda dos consumidores para corresponder melhor ao fornecimento de energia elétrica, é necessária uma pesquisa multidisciplinar para entender como o investimento e a construção de infraestrutura smart, como redes inteligentes, impactam as políticas nacionais e vice-versa.