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Tecnología
Arduino, el cerebro de la Smart City
En el mundo de las plataformas de desarrollo electrónico ha sido la primera que ha conseguido atraer a todo tipo de audiencias.
Se trata de una forma de acceder a los elementos más “Smart” de las ciudades bastante económica.
Empresas como Libelium, Telefónica o SECO trabajan en proyectos alrededor de la idea de smart cities usando sistemas similares o derivados de Arduino.
Los kits y entornos de desarrollo empiezan a formar parte de los recursos educativos en algunos centros de enseñanza, e incluso también de juguetes
En otras entregas hemos hablado del papel de los centros de datos en el funcionamiento y despliegue de las Ciudades Inteligentes. O las comunicaciones o las infraestructuras urbanísticas. Pero no menos importantes son los numerosos dispositivos que pueblan nuestras ciudades con una electrónica programable, eficiente y funcional para hacer las veces de sensores, sistemas de control, automatismos o actuadores en todos aquellos puntos donde se necesita que la ciudad “sienta”, “haga”, “vigile” o “controle”.
El término “Smart” se usa a discreción para todo, desde la Smart City hasta los Smartphones o la SmartTV, que paradójicamente sigue llamándose “la caja tonta” en algunos círculos. Los dispositivos, las ciudades o incluso la energía o el agua son inteligentes. Smart Energy o Smart Water son términos de uso corriente cuando se habla de las ciudades inteligentes. Pero “Smart” es un calificativo que tiene que usarse con cuidado para no crear burbujas conceptuales donde atribuimos más valor a aquello que calificamos como Smart del que realmente tiene. La inteligencia es un atributo humano que no debería usarse con tanta alegría, so pena de conferir cualidades humanas a una tecnología que no es ni más ni menos que eso: tecnología.
Smart, en el concepto de la electrónica, está más relacionado con cualidades como “programable” y “funcional”. Raj Samani, experto en Cyber Seguridad de McAfee lo define con bastante cuidado en la entrevista que publicamos en esta misma edición. Y cuando hablamos de programable y funcional no queda más remedio que volver la vista hacia los microcontroladores. Y la programabilidad y la funcionalidad enlaza con otra de las visiones que se tienen de las ciudades inteligentes: la de la ciudad como plataforma en el sentido de crear un ecosistema de servicios, aplicaciones o protocolos que sigan unas pautas accesibles y documentadas de modo que los desarrolladores y los encargados de crear servicios y aplicaciones para las ciudades puedan hacerlo de un modo ordenado, hasta cierto punto estándar, y óptimo en cuanto a curva de aprendizaje para conocer la plataforma y sus herramientas o también desde la perspectiva económica de modo que se pueda monetizar o rentabilizar el trabajo y el tiempo invertido de un modo realista. Es la misma idea que subyace tras otras plataformas como Android, iOS, Windows o Blackberry en el mundo de la movilidad. O la que subyace también tras Internet entendido como plataforma en la que empiezan a definirse estándares y métodos de programación y creación de servicios y aplicaciones usando lenguajes como HTML5 o Javascript o protocolos como TCP/IP. Esta idea de Smart City como plataforma se encuentra perfectamente planteada en el Apps for Smartcities Manifesto (www.appsforsmartcities.com/?q=manifesto) donde se contempla también otro elemento fundamental de las ciudades del futuro: los datos. Datos que a su vez necesitan ser recolectados y captados en todos aquellos puntos donde ocurren eventos en la ciudad. Desde los puntos de carga de transportes, hasta las transacciones bancarias en puntos de venta de cualquier tipo pasando por niveles de ruido, de contaminación o las plazas libres de aparcamiento en un parking o en una calle.
En el principio fue el M2M y después el IoT
Siempre que se habla de los orígenes de las ciudades inteligentes, tarde o temprano sale a relucir M2M o Machine to Machine. La conexión remota de las máquinas para controlarlas y monitorizarlas fue el primer logro que permitió aportar programabilidad y funcionalidad a proyectos donde tradicionalmente se requería la intervención humana. Gracias a M2M era posible monitorizar remotamente el estado de plantas industriales sin necesidad de estar físicamente al lado de los sensores de temperatura o humedad o incluso radiación. Mediante módulos basados en micro controladores conectados a otros módulos equipados con sistemas de comunicaciones o sensores, junto con un software de control programado específicamente para interactuar con el entorno remoto, era posible crear infraestructuras “inteligentes”. Operadoras de Telecomunicaciones como Vodafone o Telefónica, o compañías especializadas en tecnologías de comunicaciones como Qualcomm o Cisco han estado tras este tipo de iniciativas desde el principio como parte de su apuesta por un futuro tecnológico que ahora ya es realidad. El Internet de las Cosas o Internet Of Things (IoT) es otro de los “boom” del momento y es el resultado de la evolución de M2M. A día de hoy, gracias a la estandarización de los módulos M2M, es posible integrar la conectividad con Internet en prácticamente todos los objetos cotidianos. Desde neveras a termostatos, pasando por sistemas de iluminación o video vigilancia. Es más, ahora sería más correcto incluso hablar del Internet of Everything (IoE) como ya hace Cisco, por ejemplo.
Empresas como Libelium, junto con su filial Cooking Hacks (www.cooking-hacks.com) con cuyo Sales Manager, Javier Martínez tuvimos la oportunidad de hablar en una edición anterior de SC Actual Smart City, están también volcadas con el despliegue de sistemas M2M para el desarrollo de las Ciudades Inteligentes. Y el denominador común entre esta y otras empresas dedicadas a construir el entramado “Smart” de las smart cities, es en muchos casos Arduino.
Los micro controladores Arduino, junto con otros entornos de desarrollo de sistemas electrónicos como Raspberry Pi. En realidad no se trata de micro controladores propiamente dichos, sino de plataformas basadas en micro controladores, donde se integran tanto el uC propiamente dicho junto con conversores analógicos y digitales y un completo repertorio de puertos de entrada / salida (I/O) y un entorno de programación junto con todas las librerías de desarrollo necesarias para interactuar con los accesorios disponibles.
Arduino fue el primero
En el mundo de las plataformas de desarrollo electrónico, Arduino ha sido la primera que ha conseguido atraer a todo tipo de audiencias. Desde las empresas que en sus departamentos de I+D aceleran los procesos de desarrollo de soluciones gracias a la inmediatez de Arduino, hasta los entusiastas del DiY (Do It Yourself o Hazlo tú Mismo) pasando por el mundo de la educación donde empieza a considerarse de gran importancia dotar a las nuevas generaciones de conocimientos básicos de programación de aplicaciones o de desarrollo electrónico. Si hace unas pocas décadas se enseñaba a trabajar la madera o a pintar en las clases de trabajos manuales, hoy en día se enseña a programar y a interactuar con sistemas electrónicos.
Una plataforma de desarrollo electrónico básica como Arduino precisa únicamente de una placa de desarrollo como Arduino One, junto con una placa de prototipos electrónicos donde pinchar componentes básicos de electrónica como resistores o condensadores, para interactuar con componentes tales como motores, sensores o actuadores. Además, se necesita un ordenador donde instalar el entorno de desarrollo para escribir los programas que harán que el sistema Arduino funcione de una determinada manera. Por ejemplo, si se detecta un nivel de luz por debajo de cierto umbral puede hacer que se encienda una luz. O si hay un ruido por encima de cierto umbral, se podría hacer que se activase una alarma. El coste de estos componentes es de sólo unas decenas de euros, al alcance de cualquiera que tenga un mínimo de interés en este campo.
De todos modos, dentro de la propia familia Arduino hay diferentes tipos de placas de control, con micro controladores de 8, 16 o 32 bits, así como diferentes opciones de conectividad y puertos de entrada / salida. Además, hay accesorios como los “shields” que permiten añadir funcionalidades adicionales tales como conectividad 3G y GPS, Zigbee, WiFi o Bluetooth. Si se busca construir un sistema más ambicioso que el básico en cuanto a potencia y conectividad, el precio puede subir a algunos centenares de euros. En cualquier caso, se trata de una forma de acceder a los elementos más “Smart” de las ciudades bastante económica.
En la actualidad, Arduino sigue siendo el rey de la programabilidad y la funcionalidad aunque empiezan a verse otras plataformas como Raspberry Pi, y otras tan interesantes como la anunciada en Kickstarter: UDOO (www.udoo.org) que combina un sistema Android o Linux junto con una plataforma Arduino de modo que se puede programar el micro controlador y las entradas/salidas y accesorios directamente desde UDOO sin necesidad de emplear un ordenador.
Con todo lo que tiene de bueno Raspberry Pi, otro de los entornos de desarrollo que más popularidad han conseguido en los últimos meses basado en Linux (de hecho es un sistema Linux completo, con salida HDMI para conectar una pantalla y conexiones USB para teclado), no es tan eficiente como Arduino a la hora de gestionar sistemas de control e interfaces I/O. UDOO supone combinar en un único entorno la potencia de Raspberry Pi y la de Arduino en una simbiosis que a partir de septiembre de 2013 estará a disposición de la comunidad de desarrolladores y entusiastas.
Los negocios alrededor de Arduino y otras plataformas basadas en micro controladores
Empresas como Libelium (www.libelium.com), Telefónica (www.telefonica.com) o SECO (www.seco.com) trabajan en proyectos alrededor de la idea de smart cities usando sistemas similares o derivados de Arduino. En el mundo de los Drones, que tanto se están poniendo de moda, compañías como DIYDrones (diydrones.com) o Do It Yourself Drones, usan sistemas de control de vuelo basados en Arduino. Las impresoras 3D están también controladas en su mayor parte por sistemas Arduino, sin olvidar infinidad de proyectos usados en Robótica. Una de las principales características de Arduino es su carácter Open Source. Esto implica que cualquiera puede comprar un kit de desarrollo, instalar el entorno de desarrollo y empezar a crear sus propios proyectos electrónicos sin necesidad de pagar licencias o pedir permiso. De este modo, se ahorra a las empresas todo el trabajo asociado a la construcción de una plataforma de desarrollo propietaria, lo cual supondría meses de trabajo y sin una estandarización tan extendida como la que se puede encontrar alrededor de esta plataforma. Desde M2M hasta las ciudades inteligentes, pasando por el IoT, detrás de muchos de los avances en estas áreas está un sistema microcontrolador y posiblemente en la mayor parte de los casos esté un sistema Arduino, al menos en las etapas iniciales de prototipado.
Libelium es un buen ejemplo. En la actualidad tiene sus propios sistemas micro controlador con un foco especial en los sensores y la captación y actuación con los elementos de las ciudades inteligentes, aunque a través de Cooking Hacks mantiene una estrecha relación con Arduino y otras plataformas de desarrollo electrónico, y de hecho diseña componentes que también son compatibles con Arduino además de Waspmote, el dispositivo sensorial para desarrolladores de Libelium.
Las cualidades que hacen a Arduino sumamente atractivo para aplicaciones en las smart cities pasan por ofrecer un consumo energético muy bajo por un lado, así como flexibilidad a la hora de integrar funcionalidades adicionales en áreas como la conectividad o la compatibilidad con otros sistemas electrónicos. La programabilidad es fácil de manejar, tanto gracias al uso de lenguajes como C, como a la existencia de librerías ya diseñadas para interactuar con otros componentes incluso de terceras partes. Además, la inversión necesaria para poner en marcha un proyecto es sumamente comedida.
Esta tendencia, la de usar sistemas electrónicos de bajo consumo, es fundamental para entender otras iniciativas en otros campos como el de la computación paralela y la súper computación. Tanto es así que se tiende a cambiar los clásicos procesadores con arquitectura x86 por otros con arquitectura ARM, con un consumo menor, que sean capaces de mandar trabajos al procesador paralelo y recoger los resultados de los cálculos una vez completados. ARM es la arquitectura que está detrás de muchos de los micro controladores de dispositivos Hardware Open Source como el propio Arduino. Una arquitectura fácilmente licenciable y fácilmente integrable en chips de todo tipo con un sistema de programación con años de experiencia y desarrollo de aplicaciones y APIs para el desarrollo sobre ella. De hecho, su eslogan es “La arquitectura para el mundo digital”, lo cual ya dice bastante sobre su vocación.
Por lo pronto, las implicaciones de Arduino y el Hardware Open Source en el desarrollo de las ciudades inteligentes son simplemente inabarcables. Combinando la flexibilidad de la filosofía Open Source con los desarrollos en electrónica y la investigación de modelos de negocio nuevos donde lo que se monetiza es la información y los servicios, pero no el hardware propiamente dicho, se abren las puertas a infinitas posibilidades cuyo único límite es el de la ambición de las empresas que se ven implicadas en su desarrollo.
La educación de las smart cities
Otro apartado que no es posible dejar de lado es el de la educación, donde el aprendizaje de habilidades como la programación o la electrónica están en el punto de mira de quienes están pensando en un futuro esencialmente urbano donde las herramientas de programación permitirán que cada uno cree sus propias apps para interactuar con ciertos elementos en las smart cities. Tanto iniciativas como los MOOC (Massive Online Open Courses) como otras del tipo de Code.org van en la dirección de facilitar que todos tengan acceso a conocimientos que nos permitan desarrollar habilidades a la altura de las smart cities. Ahora mismo, cuando la tecnología aún no ha alcanzado ese nivel de madurez, puede parecer atípico pensar en que este tipo de conocimientos técnicos forme parte de la educación de los ciudadanos, pero en un futuro, cuando la interacción con la ciudad sea esencialmente digital, será prácticamente imprescindible saber cómo “hablar” con ella.
Los kits y entornos de desarrollo de tipo Arduino empiezan a formar parte de los recursos educativos en algunos centros de enseñanza, e incluso también de juguetes como LEGO, con su división de educación (education.lego.com) que facilita que los niños se familiaricen con el proceso de crear y programar aplicaciones para manejar los modelos construidos con piezas de Lego. Un ejemplo es Lego MindStorms, o Lego WeDo.
El efecto colateral es el de democratizar la ingeniería. De igual modo que la gastronomía, la carpintería y otras disciplinas que antaño eran un oficio especializado y ahora son parte de nuestros hobbies, la ingeniería electrónica y la programación pueden pasar a formar parte de nuestra cultura general. Es más, para un óptimo funcionamiento de las smart cities, esta cultura tecnológica debería formar parte del repertorio de conocimientos y habilidades de los ciudadanos.
Arduino y otros sistemas electrónicos dentro del mundo del Hardware Open Source son una parte esencial de la “inteligencia” de una Smart City. En concreto, parte esencial de la programabilidad y la funcionalidad de sistemas tan diversos como los sensores que “escuchan” a la ciudad, o las impresoras 3D que se encargan de acelerar los procesos de prototipado, o hacer volar a Drones para vigilancia y monitorización de infraestructuras y lugares.
Recursos
Arduino
Página web de Arduino
Raspberry Pi
Página web de Raspberry Pi
UDOO
Página web de UDOO, que proviene del inglés “You Do” o “Tú haces”. Un sistema mini PC basado en Android o Linux junto con una placa de desarrollo Arduino, financiado en Kickstarter
SECO
Página web de la compañía especializada en soluciones embebidas
ARM
Página de ARM, la arquitectura de procesadores presente en la práctica totalidad de los terminales inteligentes del momento.
Vodafone
https://m2m.vodafone.com/home/
Página de Vodafone dedicada a M2M
Telefonica
Página de Telefónica dedicada a M2M
Libelium
Compañía especializada en el mundo de la sensórica para las ciudades inteligentes y para sistemas de monitorización y control industriales
Cooking Hacks
Filial de Libelium dedicada a la comercialización de dispositivos y plataformas basadas en microcrontroladores como Arduino o Raspberry Pi y sus accesorios
Code
Proyecto orientado a extender la enseñanza de la programación de aplicaciones en las escuelas. Su eslogan es “Every student in every school should have the opportunity to learn to code”
LEGO
Lego tiene una división dedicada al uso de su sistema de construcción en la educación facilitando la interacción con los modelos a través de sistemas microcontrolador, aplicaciones y un ordenador.
Instructables
Página web con infinidad de recursos y ejemplos de proyectos que se pueden abordar con Arduino y otras plataformas.
Hack And Mod
Página con recursos sobre proyectos abordables con Arduino y otras plataformas Open Hardware.
Hack A Day
Otra página web con infinidad de recursos sobre proyectos abordables con Arduino y otras plataformas Open Hardware.
Do It Yourself Drones
Especializada en la fabricación de Drones, usanso Arduino como base tecnológica
Deal Extreme
Tienda online especializada en electrónica donde se pueden encontrar todo tipo de sistemas electrónicos, kits y componentes Open Hardware.
Conectrol
Un clásico de la electrónica en España, con muchos años de experiencia y tradición en la venta de componentes electrónicos, kits, herramientas o aparatos profesionales de medida.
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