Lançar luz sobre "sistemas ciber-físicos"

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Atualmente, ouve-se frequentemente de sistemas ciber-físicos . Porém, lendo sobre o assunto, não está claro como esses sistemas diferem dos sistemas distribuídos e / ou incorporados. Os exemplos da própria Wikipedia só os fazem parecer mais com sistemas distribuídos tradicionais. Por exemplo:

Um exemplo do mundo real desse sistema é o Distributed Robot Garden do MIT, no qual uma equipe de robôs cuida de um jardim de tomateiro. Este sistema combina detecção distribuída (cada planta é equipada com um nó sensor monitorando seu status), navegação, manipulação e rede sem fio.

Obviamente, qualquer sistema distribuído consiste em detecção, atuações (que podem incluir facilmente navegação) e rede.

Minha pergunta é: como exatamente os sistemas ciber-físicos diferem dos sistemas distribuídos tradicionais? É apenas um nome chique, ou há algo consideravelmente diferente com isso?

Shahbaz
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Respostas:

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Lendo alguns dos artigos vinculados no artigo da Wikipedia, discordo respeitosamente do @Theran . A distinção parece bastante bem fundamentada, embora a Wikipedia faça um mau trabalho em fazê-la.

O termo sistemas embarcados (ES) existe desde os anos 60 e pode, sem dúvida, se referir a qualquer coisa, de um avião a um Furby. Penso que o termo sistemas ciber-físicos (CPS) foi cunhado para distingui-lo do que tradicionalmente se pensa como sistemas embarcados, ou seja, "caixas" de malha fechada, sem rede, que operam em um domínio muito bem definido e restrito, com um poder limitado para afetar sistemas físicos. Os CPS, por outro lado, incorporam a idéia de pensar globalmente, agir localmente (minhas desculpas a Patrick Geddes ), ou seja, eles geralmente são sistemas altamente em rede que provocam mudanças em um sistema físico local dependente do estado e das ações de outros entidades na rede mais ampla.

Enquanto muitas aplicações robóticas se encaixam nessa definição e, portanto, podem ser denominadas sistemas ciber-físicos, muitas não. O que confere honra ao jardim robótico do MIT, acredito, é o fato de os robôs fazerem parte de um sistema descentralizado e mais amplo (PDF). São as plantas, equipadas com sensores, que decidem quando solicitar água ou outros serviços aos robôs, enquanto são os robôs que decidem entre eles qual deles atenderá a essa solicitação. Além disso, nem todos os CPS são considerados "robóticos", por exemplo, uma rede elétrica inteligente.

A cibernética , como o @Theran observou, está ocupada com o estudo de sistemas de controle e, portanto, formará uma parte essencial do estudo do CPS, mas também possui uma gama mais ampla de aplicações em áreas como matemática, economia e sociologia, por exemplo.

Este relatório sobre sistemas ciber-físicos (PDF), de Edward Lee, da UC Berkeley, deixa claro que o CPS é o próximo passo na evolução de sistemas embarcados com muitas das mesmas restrições (recursos em tempo real, confiabilidade), além de alguns extras (robustez, adaptabilidade, inteligência, interconectividade). Como tal, o campo do CPS está, em parte, preocupado em desenvolver abordagens completamente novas para a arquitetura de hardware e software. Por exemplo:

Mas acredito que, para atingir todo o seu potencial, os sistemas CPS exigirão fundamentalmente novas tecnologias. Uma [...] abordagem bastante ascendente é modificar as arquiteturas de computadores para fornecer um timing de precisão. as abordagens up são soluções descendentes que se concentram no conceito de design baseado em [...] modelo. Nesta abordagem, "programas" são substituídos por "modelos" que representam comportamentos de interesse do sistema. O software é sintetizado a partir dos modelos.

Os pensamentos de Lee ecoam nesta coluna Embedded Computing (PDF) por Wayne Wolf, da Georgia Tech.

Afinal, temos computadores conectados a essas coisas há muito tempo. Por que, você pode perguntar, precisamos de um novo termo para descrever o que estamos fazendo há anos? [...] Temos uma quantidade surpreendentemente pequena de teoria para nos dizer como projetar sistemas de controle baseados em computador. A teoria dos sistemas ciber-físicos tenta corrigir essa deficiência. [...] Os sistemas ciber-físicos se envolvem ativamente com o mundo real em tempo real e gastam energia real. Isso requer uma nova compreensão da computação como um ato físico - uma grande mudança para a computação.

Eu recomendo a leitura dos dois artigos para ter uma boa visão de como o CPS é diferente dos "meros" sistemas embarcados. O Cyberphysicalsystems.org tem um mapa conceitual do CPS em sua página inicial que ilustra muito bem os aspectos envolvidos no desenvolvimento do CPS.

Quanto à origem do termo, nenhuma das fontes que encontrei o atribuiu a ninguém. Muitos artigos o definiram sem atribuição, embora claramente não sejam os primeiros a usá-los. O termo aparece pela primeira vez na literatura em 2006 , mas, na época, a Fundação Nacional de Ciências dos EUA já havia organizado um Workshop sobre sistemas ciber-físicos , sugerindo que o termo já estava em uso até então.

ThomasH
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É apenas um nome chique (e estranho). Também conhecida como robótica, cibernética, sistemas embarcados, sistemas de controle e assim por diante. Suponho que exista alguma insatisfação com as implicações ou a especificidade dessas outras categorias relacionadas:

  • Robótica - Faz as pessoas pensarem em veículos móveis e equipamentos de manuseio de materiais industriais.
  • Sistemas embarcados - muito inespecíficos, não necessariamente têm muita interação física com o mundo fora dos botões e telas.
  • Sistemas de controle - Principalmente é usado para se referir a loops de controle determinísticos e não distribuídos. Mais transformação Z, menos IA.
  • Cibernética - provavelmente o significado mais próximo, mas com o tempo o cyber-x passou a significar coisas puramente virtuais (ciberespaço, cibersegurança etc.), em vez do significado original do sistema de controle. Daí a necessidade de aderir a um "físico" um tanto redundante para lembrar as pessoas de que isso envolve átomos e não apenas bits.
Theran
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Você também conhece a história da palavra? Como / Onde foi inventado?
Shahbaz
Ouvi a palavra pela primeira vez na UIUC há cerca de 4 anos. Não faço ideia se foi aí que apareceu pela primeira vez. Havia um laboratório de sistemas ciber-físicos quando visitei.
precisa
Cibernética costumava significar controlar sistemas complexos. Agora isso significa carne cyberpunk-ish + implantes de máquinas.
precisa