Criação de redes de lixeiras inteligentes: Mais soluções em automação para um mundo mais sustentável

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ARTIGO ORIGINAL

ANDRADE, Alba de Oliveira [1]

ANDRADE, Alba de Oliveira. Criação de redes de lixeiras inteligentes: Mais soluções em automação para um mundo mais sustentável. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 04, Vol. 07, pp. 76-87. Abril de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/redes-de-lixeiras

RESUMO

Sustentabilidade e automação são dois termos que para a maioria das pessoas pode não ter nenhuma conexão e até a algum tempo não tinham nenhuma interação mesmo, mas tudo isso mudou, pois no quesito de bem estar social elas podem se combinar muito bem. O que se quer dizer é que, os problemas ambientais recorrentes se tornaram uma ocasião oportuna para que soluções em automação, as quais até antes estavam, na maioria das vezes presas em meio às paredes das indústrias, possam aparecer também mais perto da sociedade. Com base nisso, o intuito deste artigo é expor uma proposta de solução para a série de problemas que são acarretados pelo acúmulo de lixo nas lixeiras de ruas, constituindo-se assim em implantação de um projeto de  rede de lixeiras inteligentes, além da discussão de proposta para seu funcionamento, perspectivas de desenvolvimento e benefícios a sociedade.

Palavras-chave: sustentabilidade, automação, lixo.

INTRODUÇÃO

É incontestável que os problemas ambientais conduzem a humanidade a um conjunto de questões que geram bastante polêmica. Dentro das circunstâncias de tal tema, o acúmulo de lixo nas lixeiras de ruas também oferece um grande enigma, ao qual merece grande atenção, de modo a determinar soluções definitivas. Este cenário também envolve mais do que o problema de aglomeração excessiva de lixo despertando imensos transtornos a saúde pública, mas também requer resultados para os gastos para fazer sua coleta.

“O lixo também pode gerar chorume e contaminar a água e o solo. Ainda pode servir de abrigo e alimento para animais e insetos que são vetores de doenças. As mais comuns são a leptospirose, peste bubônica e tifo murino, causadas pelos ratos, além de febre tifoide e cólera causadas por baratas, malária, febre amarela, dengue, leishmaniose e elefantíase, transmitidas por moscas, mosquitos e pernilongos”, Marçal Rizzo, professor assistente na Universidade Federal do Mato Grosso e doutorando em Geografia na área de Dinâmica e Gestão Ambiental pela Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (FCT/UNESP) – Campus de Presidente Prudente/SP. (Mais Equilíbrio, 20-)

Dentro deste quadro, firma-se como objeto de estudo deste artigo, o projeto de implementação de uma rede de  lixeiras inteligentes a qual, dentro das tecnologias possíveis para sua automação, tem a finalidade de enviar mensagens de texto para a entidade responsável ou até mesmo para uma central de coleta de lixo, informando de que está cheia e precisa que seja feita sua manutenção, tudo isso fundamentalmente, contando com o conceito das comunicações M2M e IoT.

Este projeto foi baseado nas lixeiras “verdes”, criadas pela empresa de origem norte americana, Big Belly Sollar, a qual foi destinada para reduzir os gastos de dinheiro público na área de coleta de lixo (com combustível, manutenção e economia de trabalho) e diminuir a emissão de gases do efeito estufa. A Figura 1 ilustra o modelo fabricado pela Big Belly Sollar.

Figura 1- Lixeira inteligente Big Belly Solar nas ruas de Dubai.

Fonte: Autora, 2020.

Seguindo por esta linha, devido ao grande requerimento que esta causa promove, pode-se justificar a viabilidade deste projeto, dado que a seu objetivo é contribuir para a elaboração um sistema de coleta de resíduos urbanos mais eficiente, inteligente e sustentável com foco principal em evitar que o lixo se acumule de tal forma que chegue a transbordar, levando a proliferação de parasitas, roedores e outros animais de rua que se alimentam com restos de comida, minimizando assim, problemas de saúde pública e ambientais como também a diminuição dos custos em relação à coleta tradicional, posto que o serviço de coleta só irá se deslocar para recolher o lixo das lixeiras que tiverem emitido SMS de aviso.

É importante salientar que além das razões supracitadas, a ideia deste trabalho partiu do ponto onde a autora viu boas oportunidades de contribuição direta para o estudo do desenvolvimento desta tecnologia, visando a importância de soluções em automação para o âmbito sustentável, sem esquecer o intuito de difundir e conscientizar a população sobre problemas ambientais.

Em atribuição ao progresso e transformação das novas formas de comunicação é que se configura uma visão composta de novas dimensões. Essas novas dimensões não só incluem a comunicação entre pessoas, mas também entre objetos.  A partir desse ponto a sigla IoT (Internet das Coisas) ganhou força e notoriedade com uma conectividade onipresente e assim finalmente vem se tornando uma realidade. Por outro lado, isso também quer dizer que  as comunicações M2M não se restringe tão somente em possibilitar uma relação harmoniosa entre automação, plataforma de programação e telecomunicações, tornando previsível que um imenso conjunto de aplicações sejam criados quando permite que uma quantidade massiva  de objetos de baixo custo se comuniquem entre si independentemente do controle humano, mas vai mais além quando se pensa em usa-la para gerar uma boa perspectiva de negócio, o que faz essa tecnologia mais interessante .

O aumento da inteligência no dispositivo  será prático para serviços de valor inovador e apoia a tecnologia do futuro, como a comunicação de um sistema inteligente universal, ou seja, uma comunicação que ocorre entre máquinas que se auto catalogam, se interconectam e se interoperam, o que constitui como um fator que reserva importância para as pessoas.

As coisas não são apenas equipadas com comunicação sem fio, capacidades de memória e de elaboração, mas também são capazes de autonomia e comunicações pró comportamento ativo, consciência contexto e colaborativos apenas para nomear alguns. (Atzori et al., 2010, adaptado)

 Neste artigo, será compartilhado novas visões de um futuro embutido com a internet das coisas, os requisitos e desafios ligados a  um novo projeto, descrições da arquitetura básica do  sistema com  a proposta de unir soluções de automação M2M com implantação, mobilidade, infraestrutura , a topologia da rede, cobertura, conectividade, o tamanho da rede, tempo de vida e outros requisitos de qualidade de serviço.

DO ESTADO OFF PARA CONECTADO: O ALICERCE DE UM PROJETO INTELIGENTE

O próximo passo lógico do desenvolvimento dessa proposta é aumentar a inteligência dos dispositivos para acrescentará valores inovadores, construindo as instalações de objetos inteligentes assim apoiando tecnologias do futuro com um sistema inteligente fundamental para a transformação de cidades comuns em cidades inteligentes.

Nessa sequência, o processo de funcionamento da rede de lixeiras começa com a recolha de dados de modo que a arquitetura interna  possa analisar e enviar os dados através de uma rede de comunicação, isto é, o módulo de dados sem fios inteligente (arquitetura interna) deve estar fisicamente integrado com a máquina monitorada e programado para compreender o protocolo da máquina de maneira que envia e recebe dados.

Em outras palavras, a identificação do estado de cada lixeira componente da rede é necessária para começar o processo de atuação inteligente, isso significa que cada lixeira estará em estado de hibernação quando vazias e entrara operante quando cheias.

Uma lixeira estará configurada como um dispositivo mestre inteligente e pode ser considerada um dispositivo M2M como um modem sem fio simples, esta assumira a responsabilidade de receber os dados e, em seguida, transmiti-los através de rede de comunicação. As outras lixeiras estarão em posição de escravas inteligentes e atuarão com uma coleção de interruptores e sensores coletores de dados. Neste modo, elas se encarregarão de fazer a comunicação periódica através da leitura dos sensores e interruptores e enviando informações através da porta serial.

Figura 2- Esquemática de funcionamento da rede de lixeiras M2M

Fonte: Autora, 2020.

1- Coleta e identificação dos dados– O sistema de identificação deve ter relação custo-benefício e discreto.

2- A segunda inteligência- incorporado pode melhorar as capacidades de recolha de dados e a potência de rede para deslocar grandes bases de dados para as bordas da rede.

3- Aplicação para recebimento dos dados pelo mestre– o aplicativo irá normalmente ser programado para receber atualizações de dados completos sobre uma base de tempo programado ou a qualquer momento a depender dos números de demandas do local de instalação.

DA CONCEPÇÃO DE CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA A EXIGÊNCIAS DO PROJETO

As especificações necessárias ao funcionamento do sistema aos quais concentram em projetos M2M devem apoiar uma ampla gama de aplicações. As normas devem também atender os requisitos diferente domínios de aplicação, como a variedade de setores da indústria, sociedade, ambiente e os cidadãos individuais.

É discutível que ainda há uma abordagem precoce de normas para sistemas M2M, logo estas diretrizes devem ser estudadas, aperfeiçoadas e decididas através dos mecanismos que funcionam melhor, por meio de tentativa e erro.  Por conseguinte, indica-se  que o desenvolvimento de padrões rígidos e regulação, até este momento não são  suficientes para que o padrão dominante possa emergir, mas como os mercados IoT estão em plena fase de desenvolvimento, exigência adicionais podem ser incorporadas a essa lista em pouco espaço de tempo, portanto padrões artificias pode ser adotados provisoriamente. As exigências primordiais desse sistema são:

  • O Sistema deve interpretar e transmitir dados através de uma Rede De Comunicação

 As lixeiras interpretarão o seu estado através de sensores inteligentes agregados em conjunto harmônico e enviarão as informações para o servidor de aplicações M2M.

Há várias boas opções para o transporte de dados da lixeira mestra para o centro de operação da rede.  Algumas soluções comuns podem ser a rede 4G ou Wifi as quais podem ser a melhor escolha se a área de cobertura dos sites próximos de onde o projeto está instalada funciona de forma satisfatória.  Sua desvantagem é geralmente o custo mensal em curso e, por vezes, a instabilidade da rede 4G. Satélite pode ser a solução mais cara, mas muitas vezes é a melhor ou a única solução para equipamentos de monitoramento em áreas muito remotas. Já a interface de rede de área local para as lixeiras escravas pode se basear em várias tecnologias sem fio de curto alcance, tais como WiFi, ZigBee, ou até mesmo também o 3G/4G. Esta arquitetura de rede hierárquica é realmente típica em muitas aplicações M2M.

  •  O sistema deve ter baixo consumo de energia

A eficiência energética será ponto fundamental uma vez que um grande número de dispositivos são previstos para serem incorporado a um sistema M2M e por vezes esses dispositivos podem ter nenhum ou limitado acesso a fontes de energia por isso será necessário  baixo consumo e preço de energia  por parte das lixeiras que cumulativamente, consomem uma grande quantidade de energia, além de que  o sistema pode não ter disponibilidade de manutenção constante.  A energia solar é uma boa alternativa por conceber eficácia em baixo custo.

  • O sistema deve ser capaz de detectar eventos incomuns

Esta característica lida com o manuseio de transmissão simultânea a partir de um número extremamente grande de lixeiras escravas para a lixeira mestra e então da mestra para a base da rede de acesso em dias de bastante demanda, além sua capacidade de lidar com uma variedade de eventos casuais e em condições ambientais imprevisíveis.

  • O sistema deve ter alta confiabilidade

Alta confiabilidade implica que a conectividade e exatidão na transmissão devem ser garantidos independentemente do ambiente de operação. Este recurso é necessário para levar efetividade mais perto da rede de lixeiras M2M em situações de emergência ou cenários onde a eficácia é extremamente importante. Por outro lado, maior confiabilidade pode exigir alterações no protocolo de modulação e codificação de esquemas.

  • O sistema deve ter prioridade de acesso discutida

Acesso prioritário é deve ser analisada, pelo ponto de vista que há variedades de aplicações de uso IoT que necessitam comunicar seus alarmes, como os casos em áreas de saúde por exemplo.  Melhorias na prioridade de acesso pode exigir mudanças como o pedido de largura de banda e na estrutura de entrada da rede.

  • O sistema deve fornecer gestão de baixa ou não mobilidade

Esse recurso é necessário já que o sistema deve ser capaz de se conectar com as lixeiras de maneira satisfatória, pois trata-se de uma rede com nenhuma mobilidade e para este caso deve fornecer simplificado ou otimizado gestão da mobilidade para reduzir o consumo de energia.

  • O sistema deve estar disponível para grande número de dispositivos

Grandes números de dispositivos ligados ao sistema podem requerer melhorias e ampliação do backbone das operadoras de telecomunicações e alargamento do espaço de endereçamento.

  • O sistema deve suportar diferentes tipos de tráfego

A tecnologia deve permitir enviar os dados certos no lugar e no caminho certos, dependendo das circunstâncias dos tipos de tráfego. Para fins de conhecimento os tipos de tráfego podem ser.

a) Tráfego controlado por tempo

Define-se por transmitir dados em períodos pré-definidos. Este tipo de tráfego permite economia de energia e reduções na largura de banda.

b) Tráfego em tempo tolerante

Este caracteriza-se por admitir atrasos significativos na transmissão e recepção de dados. Isto quer dizer que o sistema pode dar prioridade de acesso ou adiar a transmissão de dados de tráfego de forma flexível.

c) Tráfego modo One-way

Isso quer dizer que a sinalização das lixeiras pode ser transmitida em apenas uma direção.

O tráfego unidirecional pode requerer alterações nos protocolos de endereçamento e entrada de rede, e pode permitir simplificações para a largura de banda e protocolo de solicitação.

d) Tráfego infrequente

Esse recurso pode permitir sono ou modo ocioso das lixeiras assim trazendo melhorias que economizam energia e outros recursos.

  • O sistema deve operar em baixa latência

O tempo de reposta da transmissão de dados a rede de acesso deve ser reduzido. Este recurso é necessário em muitas situações de emergência (por exemplo, saúde). Dessa forma, assim como o acesso prioritário a rede, as mudanças de solicitação de banda necessárias também devem ser discutidas à medida que outras aplicações IoT sejam criadas.

  • O sistema deve proporcionar segurança

O sistema deve ser capaz de apoiar nível adequado de autenticação para as lixeiras inteligentes, além de apoiar a verificação e validação de dados trocados.

A VISÃO DE UM NEGÓCIO RENTÁVEL PRONTO PARA EXPLODIR

Falar de IoT não é mais apenas falar sobre uma mera tecnologia, é sobre como esta tecnologia pode ser usada para gerar uma perspectiva de mudança de negócios e permitir profundas motivações econômicas para indústrias sem fio de forma competitiva. Em outras palavras, esse projeto está sendo criado dentro do conceito de criar um espaço de design com muitas dimensões dentro de um futuro embutido nas comunicações moveis aliado aos vários casos de uso IoT que ofertam um potencial mercado significativo. Esse é um assunto que todo mundo quer saber. Investir em um projeto como esse seria desafiar as leis do tempo a partir do agora direto para um futuro mais inteligente e empolgante assim aos moldes dos Jetsons[2].

Quais as vantagens de investimento nesse projeto?

  • Participar ativamente no processo de transformações de cidades comuns em smart cities, é um dos pontos principais.
  • Contribuir para a elaboração um sistema de coleta de resíduos urbanos mais eficiente, inteligente e sustentável com foco principal em evitar que o lixo se acumule de tal forma que chegue a transbordar, levando a proliferação de parasitas, roedores e outros animais de rua que se alimentam com restos de comida, minimizando assim, problemas de saúde pública e ambientais como também a diminuição dos custos em relação à coleta tradicional, posto que o serviço de coleta só irá se deslocar para recolher o lixo das lixeiras que tiverem emitido os dados de aviso.
  • Além de que com o aumento dos avanços nos estudos IoT, em um tempo próximo poderemos ter tags M2M embutidas nas embalagens dos produtos as quais podem trazer as informações precisas do que está sendo descartado; E é possível sim que essas lixeiras sejam aprimoradas para também fazer conexão com essas tags interpretando e enviando esses dados para um centro especializado. Deste modo, este lixo pode se transformar em algo de maior valor que são as informações que podem ser analisadas através de ferramentas de big data. Tais como estudos sobre o perfil de usuários que vivem e passam por certo local, assim podemos saber por exemplo se uma determinada marca de alimentos ou fastfood está sendo consumida naquela região e quanto está sendo consumido. Estas informações têm grande relevância uma vez que podem ser analisadas e negociadas com redes de restaurantes, fast food e outros tipos de empreendimentos para que eles possam tracejar onde será mais viável a instalação de uma filial.

No entanto, os desafios do projeto também são algo que deve ser levado em consideração para que isso ocorra. A instalação de uma rede de lixeira em países emergentes pode ser um problema devido a vandalismo e roubo dos componentes eletrônicos da lixeira. Outro ponto a ser observado é que por ser um projeto inovador, a falta de oportunidade de profissionais capacitados para desenvolvimento desta tecnologia pode ser considerada como outro desafio importante. Além de que o tráfego gerado por dispositivos inteligentes ainda não pode ser suportado de forma eficiente pelos padrões atuais, e isso requer uma visão geral de potenciais melhorias.

Com relação aos custos de implementação, este será tópico para ser discutido dentro da elaboração do projeto técnico.

CONCLUSÃO

Ambientes mais inteligentes e mais verdes são essenciais para enfrentar os desafios econômicos, sociais e ambientais. Trazer para a ciência para esse tipo de discussão reforça o papel da sociedade cientifica no fortalecimento dos debates tão necessários para a superação dos profundos abismos tecnológicos que ainda existem em nossas sociedades.

Foi discutido neste artigo os requisitos e desafios da realização do projeto da rede de lixeiras inteligentes integradas a rede M2M e IoT. Também foi descrito o esboço da arquitetura dos sistemas potenciais e opções de implementação  que podem permitir a conectividade de bilhões de dispositivos em pouco espaço de tempo e as principais características de tráfego IoT as quais não podem ser suportados de forma eficiente para os padrões atuais o que fornece uma visão geral de possíveis melhorias. Ademais, foi resumido o desenvolvimento de normas e padrões aos quais são necessários para este projeto e que também que devem apoiar uma ampla gama de outras aplicações.

Finalmente, foi abordado os fatores que ressaltam os modelos de negócios viáveis devido ao fato de que a comunicação IoT está cada vez mais colidindo com uma das questões empresariais mais tópicas de hoje: projetos ousados aliados a potencial rentabilidade da análise de dados.

Diante disso, seria correto dizer que o sucesso deste projeto dependeria única e exclusivamente da perfeita combinação entre o conceito da conectividade de simples objetos e suas implicações sociais, técnicas e econômicas.

REFERÊNCIAS

BIGBELLY SOLAR. BigBelly in the Wild. Disponível em:< http://bigbelly.com/about/bigbelly-in-the-wild >Acessado em: 02/09/2014.

BONDE, Ian Teleco. Tutorial M2M I: O que e por quê? 2006. Disponível em:< http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialm2mI/pagina_2.asp> Acessado em: 17/ 11/ 2014.

DOMINGUES, Pedro Felipe Rodrigues. Análise Tecno-Econômica de Redes de Acesso de Nova Geração: A problemática de suporte a serviços M2M. 2012. 1 v. Tese (Mestrado em Engenharia Eletrônica e Telecomunicações) – Departamento de Eletrônica, telecomunicações e Informática, Universidade de Aveiro, Aveiro, 2012.

GOUVEIA, Paulo Renato Neves Torres. Convergência de Redes Sem Fios para Comunicações M2M e Internet das Coisas em Ambientes Inteligentes. Tese (Mestrado em Engenharia Eletrônica e de Computadores) – Universidade da Beira interior, Covilhã. 2 v, 2013.

M2M EVOLUTION. Technologies Revolutionizing the Future of Mobility. Disponível em:<http://www.m2mevolution.com/topics/m2mevolution/articles/362744-m2m-nfc-technologies-revolutionizing-future-mobility.htm> Acessado em: 16/05/2014

M2M WORLD NEWS. Daily News from The Machine-To-Machine World. Disponível em:< http://m2mworldnews.com/tag/machina-research/> Acessado em: 12/08/2014

MACHINE MAGAZINE. Optimising M2M: From Device to the Data Centre. Disponível em:< http://www.machinetomachinemagazine.com/2013/04/21/optimising-m2m-from-device-to-the-data-centre/> Acessado em: 18/02/2014

MAIS EQUILÍBRIO. Disponível em: <http://www.maisequilibrio.com.br/saude/perigos-do-acumulo-de-lixo-nas-cidades-5-1-4-354.html> Acessado em: 30/03/2015

RODRIGUES, Leonardo. Techtudo. O que é M2M? Veja o que significa o conceito da ‘comunicação das máquinas’. Disponível em:<http://www.techtudo.com.br/dicas-e-tutoriais/noticia/2013/12/o-que-e-m2m-veja-o-que-significa-o-conceito-da-comunicacao-das-maquinas.html> Acessado em: 18/02/2014

APÊNDICE – REFERÊNCIA DE NOTA DE RODAPÉ

2. Jetsons – Desenho animado de conotação futurista criado por Hannah- Barbera em 1962.

[1] Graduada  em Engenharia de Controle e Automação em 2015.

Enviado: Abril, 2020.

Aprovado: Abril, 2020.

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