Arrojando luz sobre los "sistemas ciberfísicos"


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En estos días, a menudo se escucha de sistemas ciberfísicos . Sin embargo, al leer sobre el tema, no está muy claro cómo esos sistemas difieren de los sistemas distribuidos y / o integrados. Los ejemplos de Wikipedia en sí solo hacen que se parezcan más a los sistemas distribuidos tradicionales. Por ejemplo:

Un ejemplo del mundo real de tal sistema es el Distributed Robot Garden en el MIT en el que un equipo de robots atiende un jardín de plantas de tomate. Este sistema combina detección distribuida (cada planta está equipada con un nodo sensor que monitorea su estado), navegación, manipulación y redes inalámbricas.

Obviamente, cualquier sistema distribuido consiste en sensores, actuaciones (que pueden incluir fácilmente la navegación) y redes.

Mi pregunta es, ¿en qué se diferencian exactamente los sistemas ciberfísicos de los sistemas distribuidos tradicionales? ¿Es solo un nombre elegante, o hay algo considerablemente diferente con él?

Respuestas:


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Leyendo algunos de los artículos vinculados en el artículo de Wikipedia, estaré respetuosamente en desacuerdo con @Theran . La distinción parece estar bien fundada, aunque Wikipedia hace un mal trabajo al hacerlo.

El término sistemas integrados (ES) ha existido desde los años 60 y puede, posiblemente, referirse a cualquier cosa, desde un avión hasta un Furby. Creo que el término sistemas ciberfísicos (CPS) se acuñó para distinguirlo de lo que tradicionalmente se considera como sistemas integrados, a saber, "cajas" de circuito cerrado, no en red que operan en un dominio muy bien definido y restringido con un poder limitado para afectar los sistemas físicos. CPS, por otro lado, encarna la idea de pensar globalmente, actuar localmente (mis disculpas a Patrick Geddes ), es decir, generalmente son sistemas altamente conectados en red que provocan cambios en un sistema físico local que depende del estado y las acciones de otros entidades en la red más amplia.

Si bien muchas aplicaciones robóticas se ajustan a esta definición y, por lo tanto, pueden denominarse sistemas ciberfísicos, muchas no lo son. Creo que lo que otorga el honor al jardín robótico del MIT es el hecho de que los robots forman parte de un sistema descentralizado más amplio (PDF). Son las plantas, equipadas con sensores, las que deciden cuándo solicitar el riego u otros servicios de los robots, mientras que son los robots los que deciden entre ellos cuál cumplirá esa solicitud. Además, no todos los CPS se consideran "robóticos", por ejemplo, una red eléctrica inteligente.

La cibernética , como ha señalado @Theran, está ocupada con el estudio de los sistemas de control, por lo que formará una parte central del estudio de CPS, pero también tiene una gama más amplia de aplicaciones en campos como las matemáticas, la economía y la sociología, por ejemplo.

Este informe sobre sistemas ciberfísicos (PDF), de Edward Lee de UC Berkeley, deja en claro que los CPS son el siguiente paso en la evolución de los sistemas integrados con muchas de las mismas limitaciones (capacidades en tiempo real, confiabilidad) más algunas adicionales unos (robustez, adaptabilidad, inteligencia, interconexión). Como tal, el campo de CPS está, en parte, preocupado por desarrollar enfoques completamente nuevos para la arquitectura de hardware y software. Por ejemplo:

Pero creo que para aprovechar todo su potencial, los sistemas CPS requerirán tecnologías fundamentalmente nuevas. [...] Un enfoque que es en gran medida de abajo hacia arriba es modificar las arquitecturas de la computadora para ofrecer una sincronización [...] de precisión. los enfoques ascendentes son soluciones descendentes que se centran en el concepto de diseño basado en modelos [...] En este enfoque, los "programas" se reemplazan por "modelos" que representan comportamientos de interés del sistema. El software se sintetiza a partir de los modelos.

Los pensamientos de Lee se hacen eco en esta columna de Computación Embebida (PDF) por Wayne Wolf de Georgia Tech.

Después de todo, hemos tenido computadoras conectadas a cosas por mucho tiempo. ¿Por qué, se preguntarán, necesitamos un nuevo término para describir lo que hemos estado haciendo durante años? [...] Tenemos una cantidad sorprendentemente pequeña de teoría que nos dice cómo diseñar sistemas de control basados ​​en computadora. La teoría de los sistemas ciberfísicos intenta corregir esta deficiencia. [...] Los sistemas ciberfísicos interactúan activamente con el mundo real en tiempo real y gastan energía real. Esto requiere una nueva comprensión de la informática como un acto físico, un gran cambio para la informática.

Recomiendo leer ambos artículos para tener una buena visión de cómo los CPS son diferentes de los sistemas integrados "simples". Cyberphysicalsystems.org tiene un mapa conceptual de CPS en su página de inicio que ilustra muy bien muchos de los aspectos involucrados en el desarrollo de CPS.

En cuanto al origen del término, ninguna de las fuentes que encontré lo atribuyó a nadie. Muchos documentos lo definieron sin atribución, mientras que claramente no fueron los primeros en usarlos. El término aparece por primera vez en la literatura en 2006 , pero, para entonces, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Ya había organizado un Taller sobre sistemas ciberfísicos , lo que sugiere que el término ya estaba en uso para entonces.


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Es solo un nombre elegante (e incómodo). También conocido como robótica, cibernética, sistemas integrados, sistemas de control, etc. Supongo que hay cierta insatisfacción con las implicaciones o la especificidad de esas otras categorías relacionadas:

  • Robótica: hace que la gente piense en rovers y equipos de manejo de materiales industriales.
  • Sistemas integrados: demasiado inespecífico, no necesariamente tiene mucha interacción física con el mundo fuera de los botones y las pantallas.
  • Sistemas de control: se utiliza principalmente para referirse a bucles de control deterministas y no distribuidos. Más transformación Z, menos IA.
  • Cibernética: probablemente el significado más cercano, pero con el tiempo, el ciber-x ha significado cosas puramente virtuales (ciberespacio, ciberseguridad, etc.) en lugar del significado del sistema de control original. De ahí la necesidad de agregar un "físico" algo redundante para recordarle a la gente que esto involucra átomos y no solo bits.

¿También conoces la historia de la palabra? ¿Cómo / dónde se inventó?
Shahbaz

La primera vez que escuché la palabra en UIUC fue hace 4 años. No tengo idea si ahí fue donde apareció por primera vez. Había un laboratorio de sistemas ciberfísicos cuando lo visité.
Josh Vander Hook

La cibernética solía significar controlar sistemas complejos. Ahora significa implantes de máquina + carne cyberpunk-ish.
Josh Vander Hook
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