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Proyecto I+D

Desarrollo de infraestructuras IoT de altas prestaciones contra el cambio climático basadas en inteligencia artificial (GLOBALoT)

RTC2019-007159-5

1. Objetivos científicos y tecnológicos e innovaciones tecnológicas del proyecto.

1.1. Objetivos del proyecto.

El objetivo de este proyecto es desarrollar una tecnología de carácter transversal, basada en una infraestructura hardware y software, orientada a la lucha contra el cambio climático. Esta tecnología permitirá el análisis eficiente de grandes cantidades de datos e imágenes en entornos IoT. Para conseguir este análisis eficiente se utilizarán algoritmos de inteligencia artificial combinados con mecanismos que dotarán a los entornos IoT de capacidades de cómputo de altas prestaciones típicas de grandes centros de datos. La tecnología desarrollada en este proyecto se enfocará, durante la ejecución del mismo, a dos áreas diferentes:

La optimización de los sistemas de producción de agricultura intensiva en invernaderos, con el objetivo de hacer un uso sostenible de los recursos naturales.

La detección de problemas relacionados con la prevención y resolución de catástrofes derivadas del cambio climático, mediante la utilización de un enjambre de drones.

El primer caso servirá para demostrar que el uso de nuestra tecnología puede reducir drásticamente el impacto en el medio ambiente de las acciones del ser humano, mejorando el uso de los recursos naturales, reduciendo las emisiones de CO2 y aminorando, por tanto, las principales causas del cambio climático. El segundo caso servirá de demostrador de nuestra tecnología para paliar algunas de las consecuencias negativas del cambio climático. En ambos casos se llevará a cabo un análisis en tiempo real, y sensible al contexto, del conjunto de datos proporcionado por la infraestructura IoT.

Los puntos de interés particulares y la forma en que se logrará este objetivo general se detalla a continuación en forma de objetivos científicos (OC) y tecnológicos (OT):

Objetivos científicos del proyecto (OC):

  • OC1.- Optimización de sistemas de computación y comunicaciones en infraestructuras IoT estáticas y móviles.
  • OC2.- Optimización de recursos naturales y energéticos en invernaderos.
  • OC3.- Optimización del procesamiento de imágenes de drones para la prevención y resolución de catástrofes naturales.
  • Objetivos tecnológicos (OT):
  • OT1.- Desarrollo de un sistema avanzado de virtualización remota de GPUs de última generación en entornos IoT estáticos y móviles.
  • OT2.- Desarrollo de un prototipo de invernadero inteligente para la optimización del uso de recursos naturales.
  • OT3.- Desarrollo de un sistema de control para la captura y procesamiento eficiente de imágenes de drones.

El objetivo científico OC1 (Optimización de sistemas de computación y comunicaciones en infraestructuras IoT estáticas y móviles) abarca la investigación necesaria para dotar a infraestructuras IoT de las capacidades de cómputo y de comunicaciones para llevar a cabo el análisis en tiempo real de los datos proporcionados por la propia infraestructura IoT. Este análisis de llevará a cabo mediante la utilización de algoritmos de inteligencia artificial. La ejecución de estos algoritmos requiere de una gran potencia computacional, la cual es proporcionada en la actualidad por aceleradores de cómputo tipo GPU (Graphics Processing Units; Unidades de Procesamiento Gráfico). Para dotar a las infraestructuras IoT de esta capacidad de cómputo se propone hacer uso de técnicas de virtualización remota de GPUs, las cuales dan acceso a GPUs potentes, instaladas fuera de la infraestructura IoT y, por tanto, sin las limitaciones, en cuanto a la energía consumida, existentes en un entorno IoT. No obstante, el acceso a dichos aceleradores remotos impone una serie de importantes condicionantes en cuanto a las comunicaciones entre la infraestructura IoT y las GPUs remotas. Resolver estas limitaciones en las comunicaciones supone un verdadero reto de investigación, sobre todo en infraestructuras IoT móviles.

Los objetivos científicos OC2 y OC3 (Optimización de recursos naturales y energéticos en invernaderos y Optimización del procesamiento de imágenes de drones para la prevención y resolución de catástrofes naturales, respectivamente) abarcan la investigación relacionada con el desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial capaces de optimizar los procesos asociados a cada uno de los escenarios de infraestructura IoT considerados en este proyecto (invernaderos y enjambres de drones). Aunque en ambos casos se propone hacer uso de la inteligencia artificial para mejorar dichos procesos, la investigación a llevar a cabo en cada uno de estos dos objetivos científicos es diferente ya que, en el primer escenario, se trabajará con datos numéricos de sensores físicos y, en el segundo, con imágenes capturadas por el enjambre de drones. Como consecuencia, el diseño de los algoritmos para una y otra área son también diferentes. Como se puede observar, la investigación a llevar a cabo en los objetivos científicos OC2 y OC3 va a ser una investigación muy centrada en actividades reales concretas. Esta investigación va a conllevar toda la dificultad asociada a la creación de modelos de sistemas reales complejos.

Los objetivos científicos mencionados más arriba están relacionados con la investigación que se llevará a cabo durante la ejecución de este proyecto. Por el contrario, los objetivos tecnológicos mencionados están relacionados con el uso de esa investigación para crear sistemas reales que tengan un impacto en la sociedad. A este respecto, el objetivo tecnológico OT1 (Desarrollo de un sistema avanzado de virtualización remota de GPUs de última generación en entornos IoT estáticos y móviles) tiene como finalidad utilizar la investigación llevada a cabo en el objetivo científico OC1 para crear un sistema de virtualización remota de GPUs robusto y fiable que pueda ser integrado en infraestructuras IoT. En particular, se usarán los escenarios contemplados en este proyecto (invernaderos y enjambres de drones) para testear las capacidades del nuevo sistema de virtualización remota de GPUs.

Por otra parte, los objetivos tecnológicos OT2 y OT3 (Desarrollo de un prototipo de invernadero inteligente para la optimización del uso de recursos naturales y Desarrollo de un sistema de control para la captura y procesamiento eficiente de imágenes de drones, respectivamente) tienen como misión la integración de los algoritmos de inteligencia artificial fruto de la investigación desarrollada en los objetivos científicos OC2 y OC3, respectivamente, con el nuevo sistema de virtualización remota de GPUs y, además, esta integración se llevará a cabo en los dos escenarios IoT considerados en este proyecto. Por otra parte, dado que en estos dos objetivos tecnológicos se construirán prototipos usando las diferentes tecnologías creadas en este proyecto, estos dos objetivos tecnológicos significarán, al fin y al cabo, la demostración de que las propuestas de este proyecto son realmente factibles.

Financiado por
Fondo Europeo de Desarrollo Regional
Ministerio de Economía y Competitividad