3 Agosto 2023

Da Ficção à Realidade: o papel da Inteligência Artificial nas Smart Cities

A cada dia que passa, ouvimos falar cada vez mais sobre Inteligência Artificial (IA). Todos os dias, é possível testar um novo produto ou uma nova solução que utiliza IA. O exemplo mais recente disso é o ChatGPT da OpenAI, que atingiu os 100 milhões de utilizadores apenas 2 meses após ser lançado [1]. Toda a gente o quis testar, enganar ou obter alguma ajuda.

A verdade é que a IA tem sofrido uma grande transformação nos últimos meses, mas já há uns anos que o tema é debatido. Só que agora não é apenas ficção científica!

O que são as Smart Cities?

Alguma vez ouviu falar de smart cities? Provavelmente sim. Muitos filmes apresentam-nos diversas “smart cities” fictícias: numa visão muito futurística de Los Angeles, existiam robots e carros voadores em Blade Runner (1982) ou um sistema de IA que ajudava a prever assassinatos, na cidade de Washington D.C., em Minory Report (2002) [2]. É incrível e assustador ao mesmo tempo.

Felizmente para nós, as verdadeiras smart cities não se parecem com as smart cities dos filmes de ficção científica. O desenvolvimento de smart cities é um processo gradual, sendo o seu principal objetivo simples: aumentar a qualidade de vida em diversas áreas como a saúde, a segurança, a educação, etc. Uma smart city nunca fará sentido sem humanos e se não for para humanos.

Está preparado para as smart cities e para ser parte destas?

 

Smart Cities: Ficção Científica ou Vida Real?

Como mencionado anteriormente, todos nós conhecemos alguns exemplos de smart cities. Pelo menos, aquelas que nos foram apresentadas em filmes com robots e excelentes efeitos cinematográficos. No entanto, na vida real, o conceito é diferente (e mais realista). Por definição da Comissão Europeia, “uma smart city é um local onde redes e serviços tradicionais são feitos de forma mais eficiente com o uso de soluções digitais para benefício dos seus habitantes e negócios” [3]. Outra definição do website Cameralyze é “uma ‘Smart City’ é uma área urbana que utiliza tecnologias da informação e da comunicação para ajudar o crescimento da economia, aumentar a qualidade de vida e apoiar a cidade” [4]. Uma smart city faz uma gestão eficaz das tecnologias digitais para um uso mais eficiente dos recursos e com menos emissões. Isso significa uma rede de transportes mais inteligente, abastecimento de água melhorado, instalações de eliminação de resíduos e formas mais eficientes de iluminar e aquecer edifícios. Também significa uma administração da cidade mais interativa e mais responsiva, espaços públicos mais seguros, indo também ao encontro das necessidades de uma população envelhecida.

O objetivo de uma smart city é tornar a cidade mais atrativa para os cidadãos e/ou negócios, melhorando e/ou criando serviços na cidade, a qualidade de vida e a felicidade.

Podem ser considerados “serviços da cidade”, a iluminação, a gestão do tráfego, os parques públicos, a eletricidade, etc. A melhoria ou a criação destes serviços, com a ajuda de tecnologias digitais, permite que uma cidade se torne inteligente [5].

O processo para se tornar uma smart city é um processo que nunca termina, é um processo contínuo uma vez que a tecnologia evolui todos os dias.

 

Inteligência Artificial nas Smart Cities

Por definição, uma smart city não está diretamente relacionada com IA. No entanto, a IA pode facilitar e capacitar uma smart city rumo ao sucesso. As suas soluções capacitadas pela IA são capazes de aprender a partir das interações dos cidadãos com as suas comunidades. É expectável a melhoria dos algoritmos de IA implementados nas smart cities porque cada vez existem mais dados a ser recolhidos.

A IA pode ser aplicada a variadas áreas da cidade, tendo potencial para estudar os hábitos dos cidadãos e melhorar a gestão e o planeamento urbano. Tem a capacidade de revelar factos previamente ocultos, permitindo ao governo municipal antecipar melhor as necessidades dos seus cidadãos e fornecê-los com antecedência.

Nos dias de hoje, existem grandes volumes de dados a ser produzidos nas cidades devido às múltiplas atividades desenvolvidas: transporte, impostos municipais, sensores de tráfego ou estações meteorológicas. É humanamente impossível analisar e avaliar todos os dados disponíveis e tomar decisões de forma rápida, inteligente e imparcial. Por outro lado, a IA lida com grandes quantidades de dados provenientes de variadas fontes, permitindo a descoberta de informações valiosas que podem ser utilizadas para impulsionar a eficácia e a eficiência das operações municipais enquanto se reduz as despesas associadas.

Além disso, existe ainda o fator “tempo real”. Um humano não é capaz de analisar uma grande quantidade de dados e tomar decisões em tempo real. Um humano precisa de tempo para analisar, pensar e tomar decisões. No entanto, muitas vezes, não existe o tempo necessário e a IA pode ajudar com isso.

Muitos dos problemas existentes nas cidades, desde o tráfego à criminalidade, podem ser mitigados nas “smart cities” utilizando soluções analíticas e de Inteligência Artificial, com base em dados recolhidos por sensores em todo o ambiente urbano.

Mas que tipo de soluções baseadas em IA podem ser implementadas nas smart cities?

Gestão de Tráfego

Congestion Impacts Reduction via CAV-in-the-loop Lagrangian Energy Smoothing (CIRCLES) é um projeto que visa reduzir as instabilidades no fluxo de tráfego, que causa congestionamentos e gastos de energia. Esta é uma solução baseada em IA que utiliza algoritmos de Deep Learning para prever congestionamentos e está a ser implementado dentro da indústria de transportes para reduzir o tráfego e os acidentes. Adicionalmente, ajuda a reduzir o consumo de energia e a poluição causados pelo trânsito.

Outra solução para gestão de tráfego com IA é a deteção de crimes rodoviários em tempo real. A IA não irá prever ou evitá-los. Irá, no entanto, ajudar a que exista uma reação mais rápida a estes. Em Madrid (Espanha), já existe uma solução baseada em IA na autoestrada M-30 para ajudar a detetar este tipo de crimes [6].

Source: https://www.emesa-m30.com/the-speed-cameras-of-the-m-30-here-they-are-and-how-they-fine/

Ambiente

Nos dias de hoje, os problemas ambientais são uma das grandes preocupações globais. A IA pode ser muito útil em alguns contextos. É estimado que, em 2030, a aplicação de tecnologias de IA possa reduzir em 4% as emissões globais de gases de efeito estufa [7]. Por exemplo, em Singapura, medidas como a qualidade do ar, os níveis de poluentes e a temperatura na cidade estão a ser recolhidos por sensores IoT. Estes dados são analisados e utilizados para prever onde é que irão existir problemas com a qualidade do ar, através de algoritmos de IA. O objetivo é ajudar a mitigar os efeitos através de medidas preventivas eficazes.

Manutenção

É bastante difícil gerir todos os problemas nas estradas de uma cidade. Neste momento, existe uma solução que analisa as estradas com câmaras. Utilizando Computer Vision, esta solução atribui uma pontuação a cada segmento de uma estrada, indicando onde é necessário efetuar uma reparação. Esta solução permite poupar dinheiro, uma vez que previne que um problema se agrave. Neste momento, algumas cidades dos Estados Unidos da América já utilizam esta solução, tais como Boston, Chicago, Los Angeles, entre outras.

Source: https://www.roadbotics.com/roadnetworks/index.html

Segurança

Toda a gente deseja sentir-se segura na sua cidade. Mas, às vezes, é difícil de atingir este sentimento em algumas cidades. Por causa disso, algumas cidades estão a implementar câmaras de segurança inteligentes. As câmaras são grandes ferramentas para obter imagens de vídeo. No entanto, alguém tem de estar disponível para analisar as imagens das câmaras, em tempo real, para detetar uma possível anomalia. também possível deixar as câmaras a gravar e analisar as imagens apenas quando alguém se queixa de algo. E esse é um trabalho árduo.

Os sistemas de IA podem ajudar com este trabalho através de Computer Vision. Um sistema de vigilância suportado por IA robusto a olhar para padrões de comportamentos criminais é o equivalente a uma equipa de detetives que nunca dorme e que, por isso, consegue analisar todos os vídeos em tempo real.

Este tipo de câmaras pode ser utilizado em escolas e noutro tipo de negócios para diminuir o tempo de resposta quando uma decisão precisa de ser executada. Por exemplo, se é necessário detetar uma pessoa com a descrição “homem caucasiano a vestir uma camisola azul”, a IA pode diferenciar entre as pessoas que entram numa determinada área e que corresponde à descrição, enviando um alerta em tempo real [8]. Neste momento, no Japão já existe uma câmara de segurança com IA, que tem a capacidade de determinar as poses de uma pessoa suspeita que provavelmente irá cometer um crime de furto.

Agricultura

A agricultura é uma das atividades mais antigas na História da Humanidade. Ao longo dos anos, muitas coisas têm evoluído neste setor e outras poderão ainda evoluir. A IA poderá ter um papel essencial nesta evolução. Drones voadores inteligentes estão a ser usados para recolher grandes quantidades de dados ambientais sobre campos e colheitas que posteriormente serão utilizados por máquinas inteligentes. Existem grandes volumes de dados para analisar e encontrar padrões. Isso é impossível de ser feito por um ser humano em tempo razoável de forma imparcial. No entanto, os algoritmos de IA podem fazer essa tarefa. Eles são capazes de analisar os dados em tempo real e tomar decisões complexas no local, desde qual o fertilizante a usar a quando ligar o sistema de irrigação. A Coreia do Sul já está a utilizar drones para monitorizar os solos e tomar decisões mais informadas [9].

Source: https://cleantechnica.com/2023/03/21/massive-spray-drones-are-transforming-agriculture-with-win-after-win/

 

Smart Cities pelo mundo

Ainda não se sente convencido? Já existem algumas cidades inteligentes no mundo que se transformaram num lugar muito bom para viver, estando alguns passos à frente. O estudo, produzido pelo The Smart City Observatory (SCO), parte do IMD World Competitiveness Center (WCC), combina dados concretos e respostas de pesquisas para mostrar até que ponto a tecnologia está a permitir que as cidades conseguem enfrentar os desafios, de modo a alcançar uma maior qualidade de vida para os seus habitantes [10]. O estudo calcula um Índice de Cidades Inteligentes do IMD para 141 cidades diferentes. De seguida, é apresentada uma lista de 3 das cidades mais inteligentes do mundo.

Zurique, Suiça

Em Zurique, existem muitas soluções inovadoras, tais como sistemas inteligentes de gestão de tráfego, de gestão de resíduos e de gestão de energia. Graças a isso, Zurique é considerada uma das cidades mais sustentáveis no mundo.

Na área de gestão de tráfego inteligente, foram desenvolvidos semáforos inteligentes. Estes semáforos usam dados de tráfego em tempo real para ajustar o seu tempo. Usando sensores, os semáforos são capazes de detectar o número de veículos na estrada e ajustar o tempo das luzes de acordo com a sua análise. Desta forma, Zurique pode reduzir o congestionamento e melhorar o fluxo de tráfego na cidade [11].

Source: https://smartcitiestech.io/2023/04/zurich-tops-2023-imd-smart-city-index/

Oslo, Noruega

Oslo tem cerca de 1 milhão de habitantes e desenvolveu algumas iniciativas de smart cities, como testar autocarros elétricos, locais de obras com emissão zero ou desenvolver sistemas de gestão de resíduos e sistemas de energia verde.

Atualmente, os edifícios representam cerca de 40% do consumo global de energia. No entanto, soluções inteligentes baseadas em dispositivos IoT podem melhorar a eficiência energética em edifícios. A instalação de alguns sensores permite recolher os dados necessários para controlar automaticamente a iluminação e sistemas de aquecimento e/ou arrefecimento [12].

Source: https://smartcitiestech.io/2023/04/zurich-tops-2023-imd-smart-city-index/

Singapura

Singapura lançou um conjunto de iniciativas chamadas “Smart Nation Initiatives” em 2014. O objetivo das iniciativas é transformar Singapura numa cidade inteligente e tem feito muito sucesso. Estas iniciativas foram desenvolvidas em diversas áreas como transportes (veículos autónomos ou gestão inteligente do tráfego), vida urbana (casas inteligentes), finanças (banca digital), educação (plataformas digitais de aprendizagem) e saúde (serviços de telemedicina).

Com foco na área da saúde, Singapura parece outro mundo! Em Singapura, existe o conceito de Telehealth. A telehealth permite que os profissionais de saúde ofereçam os seus serviços remotamente, melhorando a eficiência e a produtividade dos mesmos. Um exemplo de aplicação em Singapura é o TeleRehab. Com a ajuda de sensores que podem ser vestidos, os terapeutas podem facilmente conduzir e monitorizar remotamente as sessões de reabilitação dos seus pacientes [13].

 

Desafios “Smart”

Tudo o que é novo tem desafios e as smart cities não são diferentes. No entanto, a exigência do desenvolvimento de tecnologia inteligente e solução de problemas de TI continua a crescer. Além disso, o número de especialistasue lida com inovações em smart cities está a aumentar, aumentando o número de desafios a serem enfrentados. Aqui estão alguns desafios que uma cidade terá de enfrentar quando se quiser tornar inteligente [14].

Infraestrutura

Em muitas das smart cities existem câmaras, sensores, etc. Como serão alimentados? Pode ser por energia renovável, baterias ou através de cabos de eletricidade. Além disso, é necessário ter capacidade computacional para processar os dados ingeridos.

Normalmente, esses recursos são caros e, às vezes, as cidades não têm o dinheiro necessário para investir neles. Implementar este tipo de soluções pode ser um processo demorado porque é necessário ter um elevado nível de maturidade tecnológica e está dependente da infraestrutura.

Segurança e Hackers

O uso de sensores IoT gera muitos dados. À medida que o uso de IoT e da tecnologia de sensores se expande, o mesmo acontece com o volume de dados gerados. Os “dados são o novo petróleo”, como todos sabem, mas apresentam sérias preocupações de segurança. Seria um enorme problema se os sensores de IoT fossem desligados porque alguém os atacou. As smart cities têm a obrigação de investir o dinheiro e os recursos necessários em segurança para evitar esses problemas. Por outro lado, as empresas de tecnologia estão a criar soluções com novos mecanismos integrados para proteção contra hackers e crimes cibernéticos.

Privacidade

As smart cities, como mencionado acima, geralmente possuem câmaras. Cada esquina pode ter uma câmara que pode ajudar a deter o crime. No entanto, também pode causar medo e paranoia em cidadãos cumpridores da lei. Muitos dados são recolhidos a cada segundo com câmaras e sensores e precisam de ser bem protegidos para garantir a privacidade que as pessoas precisam para confiar nas soluções de smart cities. Além disso, o RGPD está muito presente na vida de todos e essas soluções precisam de atender a esses requisitos, de modo a serem bem aceites pelos cidadãos.

Educação e Envolver a Comunidade

As Smart Cities implicam cidadãos “inteligentes”! Mas o que é que isso significa? Pois bem, os cidadãos precisam de estar preparados para as transformações que vão ocorrer nas suas cidades, precisam de estar envolvidos para ver e sentir as reais vantagens das novas tecnologias. Além disso, o cidadão precisa de sentir que faz parte e que cada solução facilitará a sua vida. A educação e o envolvimento da comunidade são fatores-chave para o sucesso de uma smart city.

Inclusão

Muitas pessoas já têm a experiência de verificar o trânsito em tempo real. Existem algumas aplicações para smartphones que permitem isso. Mas existem também pessoas que não usam smartphones. A verdade é que ninguém é obrigado a ter um smartphone, por exemplo. A questão é: como é que a tecnologia inteligente alcançará e beneficiará esses grupos de pessoas? É crucial considerar todas as pessoas, em todos os cenários, ao planear uma smart city. É preciso criar soluções que realmente impactem todos os cidadãos de uma cidade evitando que alguém fique de fora.

 

Smart Cities: São reais!

Já se sente convencido? As smart cities já existem! Muitas pessoas têm trabalhado no desenvolvimento de soluções cada vez mais inteligentes e a IA e os dispositivos IoT são os segredos para levar as smart cities para o próximo nível. Graças à IA, as cidades inteligentes podem melhorar a sua infraestrutura, aumentar a transparência e a privacidade dos dados e promover a sustentabilidade. No entanto, ainda existem desafios que as cidades inteligentes precisam de superar, como a falta de infraestrutura adequada. Apesar destes desafios, muitas smart cities existentes já implementaram soluções de IA para melhorar a vida de seus cidadãos. À medida que avançamos, é importante continuar a explorar novas formas de implementar a IA nestas cidades e de enfrentar os desafios que dela advêm. Sente-se preparado para fazer parte?

 

Referências

 

     
            André Pedrinho  
               Consultant
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