Computação Ubíqua - UFFjulius/icc/compubiq.pdf · Computação Ubíqua (e/ou Pervasiva) Miniaturização de dispositivos Redução de custos Comunicação sem fio, computação

Computação Ubíqua maio - 2012

Orlando Loques

[email protected]

Computação Ubíqua (Mark Weiser – 1991)

T 1980

Origem do Nome

PERVASIVE

existing in or spreading through every part of something

<um perfume>

UBIQUITOUS

existing or being everywhere at the same time, constantly encountered

<uma moda>

Computação Ubíqua (e/ou Pervasiva)

Miniaturização de dispositivos

Redução de custos

Comunicação sem fio, computação móvel

Celular (+GPS), integração de comunicação e computação

Digitalização de vídeo e voz

Técnicas de interface: mouse, telas lcds, touchscreen, tablets, toque, voz, gestos, etc

Internet, WWW, + + +

Comunicação Aúdio - Visual

Visão de 1910

Picturephone Bell Labs 1964

Primeiro Celular

1973

Corning: empresa tradicional com grande capacidade de inovação

Vale a pena ver o link: Smart Glass

Computação Ubíqua (e/ou Pervasiva)

Computação Ubíqua

Mark Weiser – 1991 - “Visionário” (http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/UbiHome.html)

Tecnologia Calma / Invisível!

“Ubiquitous computing names the third wave in computing, just now beginning. First were mainframes, each shared by lots of people. Now we are in the personal computing era, person and machine staring uneasily at each other across the desktop. Next comes ubiquitous computing, or the age of calm technology, when technology recedes into the background of our lives”

Computação Ubíqua - Visionário?

Que tem idéias ou projetos idealistas, grandiosos, de realização difícil ou impossível: “Suas ideias não dariam certo pois procediam de uma mente visionária”

O visionário é aquele que possui a rara habilidade de aliar a visão à competência. Ele não enxerga apenas o presente: enxerga também o futuro. É capaz de prever tendências e de antecipar mudanças, em vez de ser simplesmente atropelado por elas

Um profissional valioso para qualquer negócio

CVO - Chief Visionary Officer

Mark Weiser: visionário

Cenário Típico (Weiser – 1991)

Cenário Real (Weiser – 1991)

WWW - World Wide Web (Tim_Berners-Lee)

First web servers Europa: August 1991

EUA: December 1991

First Web Browser

Mosaic: 1993

http://en.wikipedia.org/wiki/Tim_Berners-Lee

Ver também: Memex, proposto por Vannevar Bush (1945)

Sistemas Distribuídos & Ubíquos

Todos os computadores farão parte de um sistema distribuído

Computadores se comunicam exclusivamente via mensagens

Mensagens podem ser perdidas ou demorarem a chegar

Computadores podem ser desligados ou falhar

Impossibilidade de se obter uma visão única (tirar uma foto)

Requerem considerações especiais de projeto e implementação Conhecimento da área de sistemas distribuídos é essencial

Interseção com outras áreas: software, redes, IA, banco de dados, +++

Sistemas Distribuídos ◊

Cliente

Servidor de Impressão

imprime

ok

Computadores se comunicam exclusivamente via mensagens

Mensagens podem ser perdidas ou demorarem a chegar

Sistemas Distribuídos ◊

Mensagens podem ser perdidas ou demorarem a chegar

Computadores podem desligar ou falhar

Impossibilidade de se obter uma visão única (global)

Cliente

Servidor de Impressão

imprime doc

OK ???

Desligou Falhou !?

OK não chega impossível saber se o doc foi impresso ◊

“Internet of Things” ◊

Dispositivos usam um número/endereço IP para comunicação

www.ic.uff.br 200.20.15.38

IPv4 --- 32 bits --- não é pequeno

232 = 4.294.967.296 endereços ≈ 4x109

IPv6 --- 128 bits

2128 = 232*232*232*232 endereços ≈ 3,4x1038

Pode endereçar qualquer objeto (físico ou virtual) criado pelo ser humano

As tecnologias ubíquas tendem a “desaparecer”, mas não perdem importância

Exemplo: escrita, tipografia

O melhor computador é um servidor quieto, invisível

Quanto mais intuitivo, mais útil

Multimídia: a tela é o foco de atenção não é

computação ubíqua

Computação Ubíqua: não é computação na praia!

Ubicomp é uma questão de interface?

Computação Sensível ao Contexto (Context Aware Computing)

Context: any information that can be used to characterize the situation of entities (i.e. whether a person, place or object) that are considered relevant to the interaction between a user and an application, including the user and the application themselves

Context is typically the location, identity and state of people, groups and computational and physical objects

[Dey and Abowd, 2001]

Computação Sensível ao Contexto (Context Aware Computing)

Localização: GPS, WIFI, UWband (10cm)

Ambiente: Casa, cinema, bar, reunião

Atividade do usuário: Andando, dormindo, descansando, dirigindo, no ônibus, no carro

Disponibilidades: Tamanho da tela, processamento, bateria, banda de comunicação

Preferências do Usuário: muito importante!

O que você faria com o “contexto”?

Computação Sensível ao Contexto (Context Aware Computing)

O que está acontecendo no ambiente?

É essencial para satisfazer as preferências do usuário

Computação Sensível ao Contexto (Context Aware Computing)

Necessidadede

Adaptação

Quando?

Como se adaptar?

Computação Sensível ao Contexto Mobile Millennium

Fusão de dados envolvendo celulares com GPS e sensores de tráfego já existentes

Adapta o itinerário em tempo real

Pode “aprender” no dia-a-dia do usuário

Contexto: Como representar?

Como representar o ambiente? Ontologias:

Padronização?

Implementação?

Computação Ubíqua: Aplicações

Área ambiental Monitoração de animais, avalanches, terremotos, poluição, incêndios em

florestas

Agricultura Plantações, controle de pragas, controle de criações

Jogos e esportes Avaliação

Treinamento

Ambientes inteligentes Casas, edifícios, centro de dados, aeroportos, pontes, navios, tráfego

Área Médica Monitoração de Pacientes - Condições Fisiológicas

Aderência a recomendações médicas

Localização de médicos

+++

Sensor “RFID” Radio Frequêncy IDentifier

Passaporte Eletrônico – com RFID

Cartões de crédito estão adotando mecanismo semelhante

Como evitar roubo de identidade/dados?

Chip RFID

+ Exemplos de Computadores/Sensores

(Stikic, 2008)‏

Quantos computadores?

Quantos computadores?

MIT PlaceLab - MavHome

Environment (CO2, Temperature) Object state (drawers, furniture, kitchen

containers, tea pot, …) Location of people and objects Audio/Video Devices Personal biometrics (heart rate,

temperature, movement)

Inferred activities from each of these And control over anything you want

http://architecture.mit.edu/house_n/placelab.html

http://www.gizmag.com/real-time-athlete-monitoring-the-future-of-sport/7254

Jogos e esportes

(http://prisms.cs.umass.edu/dome)

DOME: Diverse Outdoor Mobile Environment

Passarinho voa 27.000 km

Researchers from Australia have just recaptured a RUDDY TURNSTONE (Arenaria interpres) which has completed 27.000 km round trip migration for the second time

This is the first time a wader has been tracked with a geolocator on its complete migration in successive year

(http://prisms.cs.umass.edu/dome)

Estudo de Correntes Oceânicas

Monitoração de Terremotos

Data Centers – Gerenciamento Térmico

Data Centers – Gerenciamento Térmico

Aeroporto Inteligente

Aeroporto Inteligente

Identificação Facial

Killer Application!

Remote Assisted Living

Monitoração de Pacientes em seus lares

Condições Fisiológicas

Aderência a recomendações médicas

Interação com pessoal médico

Interação com familiares

SCIADS

Sistema Computacional Inteligente de

Assistência Domiciliar à Saúde

Instituto de Computação / Instituto Biomédico / HUAP - Universidade Federal Fluminense

Universidade do Estado do Rio de Janeiro

coordenador: Orlando Loques

[email protected]

Laboratório Tempo: www.tempo.uff.br

Central de Supervisão Médica

Dispositivos e sensores sem fio

SCIADS

Interação com Familiares

Motivação & Benefícios

Pessoas idosas vivendo sozinhas; doenças crônicas

Acompanhamento pós-hospitalização de pacientes

para pacientes com insuficiência cardíaca, a monitoração ajuda a reduzir a re-internação quase a zero

Aderência do paciente ao tratamento

Mais conforto para o paciente e seus familiares

Redução de custos do sistema de saúde

Dispositivos e Sensores Sem Fios

• Pulse rate • Heart rhythm regularity • Breathing rate • One lead ECG • Body thermometer • Blood pressure • Pulse Oximeter (SpO2)

• Acelerometro • Temperatura • Luminosidade

• Pulse rate • Heart rhythm regularity • Breathing rate • One lead ECG • Body thermometer

• Weight

• Panic Button

Recomendações Médicas & Regras de Contexto

Se‏atividade‏do‏paciente‏for‏“dormindo”‏e‏sua‏pressão‏

arterial‏for‏“alta”‏então‏a‏situação‏é‏“emergência”

Se‏o‏paciente‏está‏realizando‏“atividade doméstica”‏e‏

a‏variação‏de‏sua‏pressão‏arterial‏sistólica‏for‏“alta”‏‏

então‏a‏situação‏é‏“alerta”

Recomendações Médicas & Regras de Contexto

treadmill

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Interface da Central de Supervisão Médica

Cenário Generalizado

Corpo

Ambiente

Suporte a decisão,

Políticas de saúde

Monitoração

Médica,

Ajustes,

Recomendações

Filtragem, análise,

persistência

O que é isto?

Camera pílula!

E isto?

Sensor tatuagem!

Sem Fio!

Electronic tattoo 'could revolutionise patient monitoring’

Epidermal Electronics - http://www.sciencemag.org/content/333/6044/838.abstract

Miniature oxygen generator: cancer treatments

http://www.gizmag.com/miniature-oxygen-generator/19703/

The miniature device that fits inside a tube and can then be inserted into a tumor with a biopsy needle to generate oxygen and boost the effectiveness of cancer treatments (Birck Nanotechnology Center, Purdue University)

Miniature oxygen generator: cancer treatments

--- designed to be implanted into solid tumors to generate oxygen and boost the effectiveness of radiation and chemotherapy treatments.

Cancer-monitoring implant could put lab inside the patient

A new implantable device that monitors a tumor for weeks, or months, could offer a simpler, less intrusive alternative to taking biopsies, which are traditionally used to diagnose the presence of cancer

Skinput: pele como tela e teclado

Chris Harrison, Desney S. Tan, Dan Morris: Skinput: appropriating the skin as an interactive canvas. Commun. ACM 54(8): 111-118 (2011)

Dedo: como dispositivo de entrada

Global Positioning System – GPS - 1973

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Global Positioning System – GPS - 1973

Giroscópio • Dispositivo essencial para navegação • Usado para estabilizar a órbita dos satélites do sistema GPS • Jogos / Kinect / Iphone

Navegador (GPS) com Realidade Aumentada

Overlays directional markers on real-time video of the road in front of you

AppBlaster - iPhone

--- Allows you to shoot at virtual aliens in your real-life surroundings

Como colocar em prática ???

Aprender desenvolvendo aplicações é essencial

A construção de sistemas protótipos é árdua

Inclui dispositivos pequenos, poucos recursos, comunicação sem fio, bateria com pouca capacidade

Empecilhos estão sendo superados rapidamente...

Pode trazer gratificações rápidas

Satisfação

Lucro $$$

Como colocar em prática ???

Limitações atuais da computação tendem a perder importância no futuro

Recursos de comunicação, memória e processamento serão tão abundantes que poderemos esquecer que existem

Como colocar em prática ???

Projetar para o presente ou futuro?

Pequena Escala ou Grande Escala?

Aplicações integradas

Aplicações isoladas

© M. Sloman, DOC-IC

Gerenciamento: Pesadelo!

Envolve vidas humanas

Bilhões de processadores: falhas

Várias organizações

Interação com o mundo real: controle de sensores e atuadores

Paraíso de hackers e vírus

Complexidade/diversidade de H/S

Enormes diferenças de escalas: body area

networks

Inundação de Informação

Bilhões de sensores gerando petabytes de dados (dinâmicos)

Necessidade de filtragens, agregação, coleta colaborativa

Descrição da informação: Meta Dados

Origem, idade, auditoria

© M. Sloman, DOC-IC

Decisões Arquiteturais

Conhecimento/Dedicação/Imaginação

Inovação, Abstração

Ferramenta Essencial: Abstração

Dois aspectos:

1. Remover os detalhes para focalizar a essência

2. Generalizar, extraindo propriedades

comuns/essenciais a partir de exemplares

Abstração:Por que é importante?

“Once you realize that computing is all about constructing, manipulating, and reasoning about abstractions, it becomes clear that an important prerequisite for writing (good) computer programs (and systems) is the ability to handle abstractions in a precise manner.” (Keith Devlin)

Mapa do Metro de Londres - 1928

Mapa do Metro de Londres - 1933- Harry Beck

Mapa do Metro de Londres - 2011

N

S

L O

Do Rigor na Ciência

... Naquele Império, a Arte da Cartografia atingiu uma tal Perfeição que o Mapa duma só Província ocupava toda uma Cidade, e o Mapa do Império, toda uma Província. Com o tempo, esses Mapas Desmedidos não satisfizeram e os Colégios de Cartógrafos levantaram um Mapa do Império que tinha o Tamanho do Império e coincidia ponto por ponto com ele. Menos Apegadas ao Estudo da Cartografia, as Gerações Seguintes entenderam que esse extenso Mapa era Inútil e, sem Piedade, o entregaram às Inclemências do Sol e dos Invernos. Nos Desertos do Oeste subsistem despedaçadas Ruínas do Mapa, habitadas por Animais e por Mendigos. Em todo o País não resta outra relíquia das Disciplinas Geográficas.

(Suarez Miranda: Viagens de Varões Prudentes, livro quarto, cap. XIV, 1658), Autor: Jorge Luis Borges

Ciclos de Adoção de Tecnologias

Como passar o abismo (chasm)?

Caminho do Apple iPod

Como passar o abismo?

Caminho do Apple Ipod

Como passar o abismo (chasm)?

Modelo de Evolução de Mercado

As transições não são suaves

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Global Positioning System – GPS – 1920!!!

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Global Positioning System – GPS – 1920!!!

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Global Positioning System – GPS – 1920!!!

FreeScale: fabricante de hardware para sistemas embutidos

Mais que 17 bilhões de chips em uso

Semiconductors, microprocessors, microcontrollers, digital signal processors, sensores, etc

Portfólio: 6100 famílias de patentes

Participante do conglomerado Motorola

Vejam o Vídeo de Demonstração

Managing your health and home energy

Outro Vídeo de Demonstração