A fusão de sensores traz vários benefícios

A fusão de sensores é um tema quente, coincidindo com as tendências de crescimento da internet das coisas e, especialmente, conectada a veículos autônomos e sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS). O conceito em si não é novo; uma pesquisa no Google Scholar identifica conceitos que datam da década de 1960 e anteriores. Mas hoje, há um crescente corpo de conhecimento em torno de quais entradas de sensor um sistema deve se fundir e como aplicar o insight resultante. O quanto é suficiente depende da aplicação e dos benefícios de custo / risco.

A quantidade de fusão de sensores é suficiente depende da aplicação e dos benefícios de custo / risco (Imagem:SAR Insight and Consulting)

A fusão de sensores é mais importante do que nunca, pois a persistência de malfeitores individuais e agências de inteligência do estado representa ameaças crescentes aos sistemas autônomos em todos os lugares. Embora grande parte do mundo político se preocupe com os riscos potenciais à segurança da informação em redes 5G, um risco maior surge de ataques de malware que podem interromper e extorquir proprietários de sistemas autônomos. Os arquitetos de sistemas não devem subestimar esses riscos e devem evitar os erros dos fabricantes de automóveis e aviação. A Ford Motor estimou o valor de uma vida humana em US $ 200.000 - menos caro do que consertar o projeto de combustível do sedã Pinto (1971–1980). No entanto, advogados especializados em lesões corporais e júris pensaram o contrário. A história atual de desgraça pertence à Boeing, que disponibilizou a fusão e redundância crítica de sensores para seu jato 737 MAX por uma taxa extra. Como resultado, a Boeing e sua cadeia de suprimentos sofrem com a agonia atual, cujo fim pode levar anos para acontecer.

Finalmente, os benefícios econômicos e de saúde dos sistemas que promovem a fusão de sensores para a atividade humana e aplicações industriais são aparentes agora.

Tolerância a falhas e resiliência

Todos os sensores e modelos têm um erro de tolerância e o uso de vários sensores que medem a mesma quantidade pode aumentar a confiabilidade e fornecer resiliência a falhas que, de outra forma, poderiam ser desastrosas. A redundância adiciona custo e complexidade, mas, como mostram os exemplos da Boeing e da Ford, uma decisão míope que leva a um único ponto de falha pode ser catastrófica.

Resistência ao ataque

Hackers com malware encontrarão maneiras de atacar sistemas baseados em sensores, mas a fusão de dados apropriada e os protocolos de segurança, incluindo inteligência artificial, podem garantir uma operação robusta em face de tais ataques. Um meio de ataque injeta sinais falsos nos sensores de entrada; esses sinais não são atenuados com a segurança digital comum porque ocorrem no domínio analógico. Essas superfícies de ataque podem incluir:

• spoofing de sinal (LiDAR e câmeras);
• cancelamento de sinal e interferência (sensores magnéticos ABS, sinais de trânsito vandalizados); e
• vazamento lateral (malware implantado que usa sensores para coletar informações confidenciais).

Multissensor de atividade humana

A interpretação e o monitoramento da atividade humana com múltiplas fusões de sensores proporcionarão melhores resultados de saúde e reduzirão os custos com o envelhecimento da população. As aplicações da fusão de sensores vestíveis e ambientais para atividades humanas incluem cuidados de idosos e vida assistida, detecção de quedas e reconhecimento postural, segurança e vigilância, status de atleta e primeiro a responder e localização e assistência de navegação para deficientes.

Fusão de dados na rede

A fusão e análise de dados aconteceram historicamente em um computador ou em um data center (a nuvem). A miniaturização e a redução de custos da tecnologia de detecção permitem a fusão de sensores (e inteligência artificial / aprendizado de máquina) no nível do dispositivo de ponta. No futuro, as arquiteturas de rede híbrida realizarão fusão e análise de dados do sensor em três camadas:

• A fusão de dados de baixo nível ocorrerá em dispositivos inteligentes ou nos gateways que agregam várias entradas de sensor.
• A fusão de dados de nível médio oferecerá suporte a análises mais intensivas e à fusão de dados com uma gama mais ampla de dispositivos e está associada a um gateway de hub e computação de ponta.
• A fusão de dados de alto nível residirá em um data center ou na nuvem para fornecer a perspectiva mais elevada do sistema gerenciado de dispositivos de borda.

Custos operacionais mais baixos

A fusão de sensores reduzirá os custos operacionais ao estender o alcance e a aplicação de dispositivos como veículos aéreos não tripulados (UAVs) e robótica com recursos autônomos. A economia também resultará em casos em que a fusão de sensores permitirá que os operadores remotos façam mais ou a partir de centros de mão de obra de baixo custo. As aplicações incluem prevenção automática de colisão para drones de inspeção e intervenção remota do motorista para sistemas de transporte principalmente autônomos.

Tendências

Espere miniaturização contínua e redução de custos em sensores, computação e conectividade conforme a consumerização se enraíze no ecossistema industrial e de IoT. As demonstrações do CES 2020 incluíram inovações em sensores MEMS, como a miniaturização de espelhos LiDAR que beneficiam os sistemas automotivos e de transporte inteligente.

O método go-to para fusão de sensores é uma classe de algoritmo de computador conhecido como filtro de Kalman, que modela os estados anteriores e atuais de um sistema com medição e predição contínuas. A injeção de sinal falso em sistemas altamente complexos por meio das entradas do sensor levará os arquitetos de sistema a implementar aprendizado de máquina e redes neurais para segurança e fusão de dados.

A fusão de sensores aumenta a integridade, confiabilidade e robustez do sistema para operação normal e fornece benefícios adicionais contra ataques de rede de sensores originados do domínio analógico. Implementando cuidadosamente a fusão de sensores em seus sistemas, designers e arquitetos podem mitigar o risco de mau funcionamento ou ação malévola que pode causar danos a pessoas, propriedades ou prosperidade econômica.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.