Agenda Estratégica de Investigación e Innovación

Transcripción

1 Plataforma Tecnológica PLANETIC Agenda Estratégica de Investigación e Innovación Versión 1.0 Enero 2014

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3 ÍNDICE DE CONTENIDO I. Introducción... 3 II. Objetivo de la AEII... 3 II.a Metodología de realización, mantenimiento y actualización de la AEII... 3 III. Estructura... 4 IV. Software y Servicios... 5 IV.a Sectores de Mercado... 5 IV.b Contextos de Aplicación... 5 IV.c Clasificación de Tecnologías... 9 IV.c.1 Adaptación... 9 IV.c.2 3D IV.c.3 Semántica IV.c.4 Cloud Computing IV.c.5 Interoperabilidad IV.c.6 Aspectos Socio-Económicos IV.c.7 Negocio Digital en Red IV.c.8 Productividad en el desarrollo de Software IV.c.9 Calidad Software IV.c.10 Usabilidad IV.c.11 Seguridad IV.c.12 Orientación a la Persona IV.c.13 Gestión de Provisión de Servicios IV.c.14 Disciplinas de Ingeniería para Usuarios IV.c.15 Evolución de la Web IV.d Mapeo de Tecnologías y Desafíos Socio-Económicos V. Sistemas Empotrados V.a Sectores de Mercado V.b Contextos de Aplicación V.c Clasificación de Tecnologías V.c.1 Arquitecturas y Diseños de Referencia

4 V.c.2 Conectividad, Middleware e Interoperabilidad V.c.3 Métodos y Herramientas para el Diseño de Sistemas V.d Mapeo de Tecnologías y Contextos de Aplicación VI. Micro-Nano Electrónica VI.a Sectores de Mercado VI.b Contexto de Aplicación VI.c Clasificación de Tecnologías VI.c.1 Más Moore VI.c.2 Más allá del CMOS VI.c.3 Más que Moore VI.c.4 Integración Heterogénea VI.c.5 Automatización del Diseño VI.c.6 Materiales, Infraestructuras y Tópicos de interés en España VII. Glosario VIII. Referencias

5 I. INTRODUCCIÓN Este documento representa la Agenda Estratégica de Investigación e Innovación (AEII) de la plataforma tecnológica española PLANETIC (Plataforma tecnológica Española para la adopción y difusión de las tecnologías electrónicas, de la información y la comunicación), que ha sido constituida en el año 2013 como resultado de la fusión de las plataformas tecnológicas INES (Iniciativa Española de Software y Servicios), PROMETEO (Plataforma Española de Sistemas con Inteligencia Integrada) y GENESIS (Plataforma tecnológica Española de Nanoelectrónica e Integración de Sistemas Inteligentes). La presente AEII está basada en una primera integración de las tres Agendas Estratégicas de Investigación que fueron elaboradas por las plataformas fusionadas. II. OBJETIVO DE LA AEII El objetivo de la Agenda Estratégica de Investigación e Innovación de PLANETIC es el de documentar las dominios tecnológicos de innovación que, desde el punto de vista de los miembros de la plataforma y agentes relevantes externos, son propicios a fortalecer la competitividad de la industria española y a aportar soluciones para desafíos y retos con un gran impacto socio-económico en España. La AEII constituye la implementación de la visión de PLANETIC y la elaboración de un programa de trabajo para revitalizar el área de actuación definir líneas de actividad científico-tecnológicas singulares y de carácter estratégico, así como iniciativas tractoras de alta prioridad, con objetivos a medio y largo plazo generar propuestas estratégicas a medio y largo plazo que fomenten la I+D y la competitividad del sector sugerir líneas de actuación propias y de la administración pública abordar barreras tecnológicas y no tecnológicas II.a Metodología de realización, mantenimiento y actualización de la AEII Como se ha mencionado en la sección I, la metodología empleada para elaborar esta primera versión de la AEII es la de integrar las secciones relevantes de las Agendas de Investigación de las plataformas fusionadas en PLANETIC, intentando alinearlas con los desafíos y retos socio-económicos más relevantes para la sociedad española. 3

6 La AEII será actualizada de forma periódica para adaptarla a los cambios tecnológicos y nuevos desafíos y retos socio-económicos, considerando las aportaciones de cualquier interesado que pertenezca a la comunidad PLANETIC y alineándola con las Agendas Estratégicas a nivel europeo y nacional. Las aportaciones externas serán evaluadas y validadas por un grupo de expertos, formado por miembros de la plataforma, antes de ser incorporadas en subsecuentes versiones de la AEII. Aportaciones a la AEII se pueden enviar a la siguiente dirección de correo electrónico: aeii@planetic.es III. ESTRUCTURA Dadas las diferencias en las estructuras de las AEIs de las tres plataformas fusionadas, se ha optado por aplicar en esta versión de la AEII una estructura acorde con las tres principales temáticas tratadas en las plataformas fusionadas: Software y Servicios Sistemas Embebidos Micro-nano Electrónica En cada apartado se describen los sectores relevantes de mercado, los contextos de aplicación de las diferentes temáticas y las tecnologías consideradas más relevantes para cada temática. El objetivo para futuras versiones de la AEII es el de adaptar esta estructura de tal forma que se sostenga por una parte en los desafíos y retos socio-económicos más relevantes para la industria española y la economía nacional en general, y por otra, se alinee con las estructuras adoptadas en los programas de investigación nacional y europeos, especialmente el marco Horizonte

7 IV. SOFTWARE Y SERVICIOS El ámbito de Software y Servicios es aplicable a múltiples campos de aplicación y desafíos socio-económicos. Históricamente, desde la Plataforma INES, se ha enfocado en las siguientes áreas por ser consideradas de primordial relevancia para la economía española. IV.a Sectores de Mercado El ámbito de Software y Servicios se dirige principalmente a los siguientes segmentos de mercado: Desarrolladores de TI: Empresas que desarrollan e integran sistemas software y servicios basados en TI como parte clave de su negocio (pueden o no pertenecer al sector TI propiamente dicho). Los sistemas software y servicios son comercializados a terceros o utilizados internamente. Contratistas de TI: Empresas cuyo negocio depende fuertemente de las TI, pero no necesariamente desarrollan sus propias soluciones. Estas empresas adquieren o subcontratan las soluciones de TI incluidos los sistemas software y los servicios basados en TI. Promotores de TI: Administraciones Públicas, asociaciones de PYMES y otras organizaciones interesadas en promover la competitividad a través de las TI en una determinada área sectorial y/o geográfica. IV.b Contextos de Aplicación ENERGÍAS RENOVABLE S. EFI CIEN CI A ENE RGÉ TI C A El modelo energético clásico donde estaba muy claro el rol de productor y el rol de consumidor ha empezado a cambiar con la proliferación de las Energías Renovables. Es la oportunidad de evolucionar hacia un sistema más sostenible con fuentes de energía distribuidas, donde cualquiera pueda consumir y a la vez producir y aprovisionar la red con nueva energía gracias a un servicio fiable, sostenible y eficiente. En este contexto se han definido los siguientes retos, cuyos resoluciones dependen en gran medida de la disponibilidad y aplicación de tecnologías provenientes del ámbito de Software y Servicios Reducción del coste de producción de los distintos tipos de Energías renovables para posibilitar su uso masivo 5

8 Mejora de los sistemas de almacenamiento de energía Fomentar el uso y aprovechamiento de energías renovables al nivel de Usuario Mejora y evolución de los dispositivos de gestión y control de la energía de las centrales eléctricas y de aquéllos instalados en los hogares de los usuarios Sistemas de gestión de información que soporten grandes volúmenes de datos Capacitar los sistemas de gestión de la energía actuales para el nuevo modelo de producción energético RECONVE RSIÓN Y ADE CUACI ÓN DEL SE CTOR DE L A CONS TRUCCIÓN Para garantizar el desarrollo tecnológico sostenido del sector de la Construcción en España, es necesario redefinir el sector en términos de adecuación al mercado, al cumplimiento de las normativas de sostenibilidad y eficiencia así como al mantenimiento y creación de empleo sostenido. Los retos correspondientes a este foco son: Desarrollo de tecnologías innovadoras para el diseño más eficiente de edificios, con el fin de equilibrar los costes del edificio con el ahorro energético Desarrollo de mecanismos de participación colaborativa durante todo el proceso constructivo Soporte tecnológico al control y gestión de la evolución de la obra y la gestión de sus recursos Facilitar el intercambio del conocimiento y de la experiencia adquirida en obra Simulación del comportamiento integral del edificio a lo largo de su ciclo de vida así como de los componentes que lo forman Desarrollo de un sistema de monitorización, tele-operación y control de obra en tiempo real y accesible a través de dispositivos móviles y desde cualquier ubicación Integración de sistemas de movilidad y geo-localización de activos durante el proceso de construcción Desarrollo de sistemas inteligentes con capacidad de aprendizaje y autoadaptación TURISMO El sector turístico tiene una importancia estratégica para España, tanto por su contribución al PIB como por el número de puestos de trabajo que genera. Entre 6

9 los aspectos negativos del sector turístico español destacan la poca competitividad de los precios, el nivel de seguridad y las normativas que regulan el sector. Por su parte, los aspectos más competitivos del sector son los recursos culturales y las infraestructuras turísticas de España. El informe sobre el turismo mundial del año 2009, realizado por el Foro Económico Mundial, destaca que España debe de aumentar la sostenibilidad del turismo y diseñar un marco regulatorio que aumente las inversiones en la industria. Para garantizar un destino / modelo turístico competitivo y sostenible, son muchas las tareas pendientes de acometer en un sector clave para la economía nacional, no sólo ha de trabajarse en la especialización del mismo (que por otro lado, contribuye a la des-estacionalización), sino también en la diferenciación y en la calidad de los servicios. Para ello, es necesario trabajar en el diseño de productos y servicios de valor añadido que permitan fidelizar a un cliente cada vez más exigente. Las tecnologías de la información y las comunicaciones, actuales y emergentes, tienen en este ámbito un amplio campo de desarrollo que es necesario explorar. Los retos definidos en este ámbito son: Mejorar la presencia en Internet de las PYMES del sector Mejora de la eficiencia reducción de costes Des-estacionalización de la demanda Servicios móviles centrados en el usuario Facilitar a los usuarios los procesos de diseño y construcción de los viajes a través de Internet MODERNI ZACI ÓN DE L A AD MINIS TRACIÓN PÚBLICA La aplicación de las TIC en la Administración Pública (AP) debe estar orientada a mejorar su eficacia, aproximarla a la ciudadanía y agilizar la gestión administrativa. Este proceso debe realizarse en el contexto global de la Sociedad de la Información, provocando así las sinergias adecuadas para aprovechar el efecto tractor que esta transformación tendrá sobre la Sociedad en su conjunto en su tránsito hacia la Sociedad de la Información y, en especial, sobre el Sector TIC español como motor de desarrollo y progreso económico. Los retos correspondientes a este foco son: Orientar la Administración hacia una gestión por procesos Incorporación de nuevas tecnologías TIC en el desarrollo, mantenimiento y difusión de servicios ofrecidos por la administración Definición de una estrategia tecnológica que garantice no sólo la efectividad sino también la eficiencia y la sostenibilidad 7

10 Incorporación de mejoras en la interoperabilidad Incorporación de mecanismos de calidad y control Análisis y procesamiento de big-data S ANID AD PÚBLI CA El principal desafío socio-económico español relacionado con el sistema de Sanidad Pública se basa en la reducción de costes, la mejora de la eficiencia, la mejora de la calidad de los servicios de asistencia sanitaria y el establecimiento del paciente como centro neurálgico de todo el proceso sanitario. En este contexto se han identificado lo siguientes retos: Contribuir a garantizar el derecho de disponer de unos servicios sanitarios de calidad Proporcionar a los pacientes, especialmente a los de la tercera edad, sistemas de salud personales que pueden llevar consigo durante la vida cotidiana Mejorar la participación e implicación del ciudadano/paciente en su propio cuidado Evitar la saturación de los centros de urgencia Proporcionar a los médicos herramientas de diagnóstico más efectivas y seguras Proporcionar portales en internet para el profesional sanitario Potenciar el establecimiento de una nueva forma de comunicación paciente-profesional sanitario a través de la telemedicina Potenciar la interoperabilidad y colaboración entre administraciones, profesionales de la salud, pacientes, centros sanitarios, empresas del sector y demás organizaciones sociales y sanitarias Poner al alcance de los ciudadanos grandes centros de información sanitaria y servicios sanitarios a través de internet Establecer la Historia Clínica Única y compartida del paciente Establecer metodologías y plataformas específicas de estandarización y seguimiento del desarrollo de aplicaciones sanitarias IG UALD AD DE OPO RTUNID ADES AN TE L A N UE VA SO CIED AD DIGI TAL Internet desempeña un papel crucial a la hora de facilitar que las nuevas oportunidades abiertas por la Sociedad de la Información alcancen a todos los sectores económicos y sean accesibles al mayor número de ciudadanos. Este foco incluye aquellos retos innovadores que van a facilitar la incorporación y participación de ciudadanos, empresas y Administración Pública dentro de la nueva Sociedad Digital creada en torno a Internet: 8

11 Garantizar el acceso a los beneficios que aportan las TICs a cualquier ciudadano, incluyendo explícitamente a las personas con limitaciones físicas e intelectuales Garantizar la igualdad de oportunidades en el acceso a la formación Garantizar la seguridad y privacidad del ciudadano Incrementar la productividad de las empresas y facilitar la conciliación familiar de sus empleados Mejorar la calidad de vida de los ciudadanos mediante el desarrollo de sistemas dentro del campo de la e-salud o el Ambient Assisting Living Facilitar la incorporación de las PYMEs al contexto del negocio digital en red LOGÍS TI CA IN TE GRAL Con cambios profundos en los modelos de organización industrial y una creciente competencia en los mercados internacionales, la logística se configura como una pieza clave de la competitividad empresarial. Sabiendo que la logística supone de promedio entre un 10% y un 20% del coste final de cualquier producto, cualquier elemento que ayude a mejorar la gestión y monitorización del proceso completo logístico repercutirá de manera directa en la mejora de la productividad e incremento de beneficios. Asimismo, el transporte de personas y mercancías tanto a nivel urbano como interurbano produce una parte muy importante de las emisiones de CO2 totales a nivel global. La aplicación intensiva de las TICs en los procesos logísticos y de transporte debe conducir a procesos más eco-eficientes y por tanto a importantes reducciones de las emisiones de CO2 y mejoras radicales de los costes totales. Los retos principales de este foco son: Transporte multi-modal sostenible Favorecer la movilidad urbana inteligente y sostenible (Smart Cities) Colaboración eficiente y segura en la cadena de suministro Mejora de las cadenas de suministro humanitarias y acción frente a situaciones de emergencia y desastres naturales IV.c Clasificación de Tecnologías A continuación se muestra un listado de las tecnologías identificadas y clasificadas en 15 grupos. Todas las tecnologías son las que se han identificado como potenciales instrumentos para resolver los retos de las áreas previamente descritas IV.c.1 Adaptación 9

12 En el campo de las TICs, la adaptación se refiere a la capacidad de los sistemas de información para adaptarse a las condiciones del entorno, a las experiencias aprendidas o las interacciones sufridas con usuarios u otros sistemas. Para ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Contextualización y personalización es la capacidad de algunas aplicaciones (por ejemplo algunas portales web o aplicaciones web) de concretar los contenidos que se muestran a un cliente particular y el modo en que la aplicación interacciona con dicho usuario en función de su perfil, su historial de interacción con dicha aplicación y su ubicación (contexto). Dicha capacidad puede completarse con sistemas de recomendación, que ofrecen contenido extra que se puede escoger en función de los mismos parámetros descritos anteriormente. Un ejemplo es Amazon.com. La Inteligencia ambiental describe un entorno en el que las personas estarán envueltas y asistidas por interfaces inteligentes e intuitivos embebidos (incrustados internamente) en objetos cotidianos en comunicación entre sí, que conformarán un medioambiente electrónico que reconocerá y responderá a la presencia de los individuos inmersos en él de una forma invisible y anticipatoria. Los sistemas de recomendación: son sistemas que determinan las actividades que podrían interesar al usuario en función de los parámetros que conoce. El sistema observa el comportamiento histórico del usuario para aprender y afinar sus recomendaciones. Self-* es la capacidad de algunos sistemas o componentes autónomos (por ejemplo, servicios) de corregir su comportamiento interno en función del resultado de un análisis de inspección interna dinámica. Es decir, es una característica dinámica, como resultado de una auto-inspección, que corrige el comportamiento de un sistema, con objeto de funcionar de la forma esperada. Un ejemplo de comportamiento self* es self-healing, cuando el sistema corrige funcionamientos erróneos propios Sistemas de predicción y adaptación proactiva son sistemas que utilizan las medidas tomadas para reducir el riesgo potencial o futuro. Sistemas expertos, multi-agente (aprendiza automático, neuronales) son llamados así porque emulan el comportamiento de un experto en un dominio concreto y en ocasiones son usados por éstos. Con los sistemas expertos se busca una mejor calidad y rapidez en las respuestas dando así lugar a una mejora de la productividad del experto. 10

13 Un sistema multi-agente es un sistema distribuido en el cual los nodos o elementos son sistemas de inteligencia artificial, o bien un sistema distribuido donde la conducta combinada de dichos elementos produce un resultado en conjunto inteligente. Es una red débilmente acoplada de problem solvers (agentes) que trabajan conjuntamente para resolver problemas que superan las capacidades individuales o conocimientos de cada uno de ellos. Se incluyen en este ámbito las arquitecturas heterárquicas. Las neuronales son sistemas de interconexión de neuronas en una red que colabora para producir un estímulo de salida. Lenguajes declarativos para la creación de interfaces adaptativos. En los lenguajes declarativos, los programas se implementan como conjuntos de reglas lógicas cuya evaluación nos dará el resultado deseado. Los interfaces adaptativos son más inteligentes, y se adaptan al usuario de manera natural y progresiva, tratando de detectar sus características para que el sistema se adecue a su nivel y preferencias. Estas interfaces parten de la premisa que los sistemas deben adaptarse a la gente, y no lo contrario. Existen varias necesidades para las interfaces adaptativas: El sistema es usado por usuarios con diferentes requerimientos: usuarios de diferentes países o idiomas, usuarios con minusvalías, etc. El sistema es usado por usuarios con requerimientos cambiantes: usuarios que evolucionan de un nivel novel a experto, etc. El usuario trabaja en varios entornos: consistencia entre diferentes aplicaciones, Word, Excel, etc. El usuario trabaja en un entorno cambiante: cambios impuestos por organismos oficiales, etc. Para realizar el diseño de una interfaz adaptativa, en primer lugar hay que determinar qué aspectos de la interfaz van a ser adaptables a las diferencias o cambios considerados: La presentación al usuario de las entradas al sistema, seleccionando entre varios estilos de interacción (menú, órdenes, etc.). Corregir errores, entradas inapropiadas y sistemas de ayuda activa, para presentarle al usuario la información más apropiada. Presentación de información del sistema al usuario. Seleccionar el estilo de presentación y la información que queremos ver. La adaptación de funcionalidades: que el sistema se encargue de las tareas rutinarias y el usuario de las tareas creativas (empleo de macros) 11

14 También es importante saber en qué momento han de realizarse tales adaptaciones: Antes de la primera sesión: en el momento de la instalación (ej. idioma) Durante las sesiones: puede ser a petición del usuario o de forma continua y automática. Entre las sesiones: se tiene en cuenta información recogida en sesiones anteriores. Finalmente es preciso tener en cuenta los diferentes métodos y técnicas que podemos utilizar para hacer efectivas tales adaptaciones: Selección: Es la adaptación por selección de una entre varias alternativas pre configuradas. Habilitación: Consiste en la adaptación por activación o desactivación de componentes. Reconfiguración: Modificación de la interfaz de usuario usando componentes predefinidos. Edición: Es la adaptación sin restricciones, usando un lenguaje de programación/configuración específico IV.c.2 3D El mundo del entretenimiento es una parte vital en la realidad actual. El negocio de juegos de ordenador es en la actualidad uno de los mayores del mundo, y la tendencia es creciente. El grado de realidad de muchos de los juegos actuales es tan elevado que en muchas ocasiones es difícil de distinguir de la realidad. Pero no sólo en el mundo de los juegos de ordenador se están produciendo avances. Basta poner como ejemplo las grandes superproducciones cinematográficas para comprender que el mundo de realidad y ficción es cada vez más difícil de distinguir. En el mundo del cine y video, el siguiente paso en la evolución es el de la tercera dimensión, o también llamada 3D. La gran mayoría de las películas de animación actuales ya se comercializan en formato 2D y 3D, y el cine convencional ya ha dado los primeros pasos. En los próximos años se prevén nuevos avances en este campo, tendentes a que la sensación de tridimensionalidad sea cada vez más realista, evitando en lo posible la necesidad de dispositivos auxiliares como las engorrosas gafas-3d actuales. Uno de los puntos de unión entre ambos mundos se produce en el hogar. Dicho nexo común es el aparato de reproducción tanto de los video-juegos como de las películas, que es el reproductor de televisión. Para muchas de las películas actuales así como para los videojuegos más antiguos, las prestaciones de los reproductores de 12

15 televisión no tenían que ser muy elevadas, pero en la medida que el mundo de los juegos de ordenador presenta contenidos cada vez más realistas y trabajados, esas prestaciones se muestran cada vez más exigentes. Las tecnologías digitales están cambiando drásticamente el aspecto de los reproductores de televisión, y las pantallas LCD y plasma están sustituyendo a los antiguos aparatos de tubo. Sin embargo, es de esperar nuevos avances en este campo, con nuevas tecnologías más baratas para el consumidor final y que proporcionen mayores prestaciones (nitidez, ausencia de parpadeos, etc.). Así, son necesarios avances en I+D en varios frentes: Gestión, acceso y distribución de contenidos 3D: Otro aspecto a destacar en el mundo del entretenimiento es el de los contenidos generados por los propios usuarios, también conocidos por sus siglas en inglés: UGC (de User Generated Content). El número de accesos a dichos contenidos en portales como YouTube sigue creciendo día a día, al igual que el número de videos disponibles en dichos lugares. El consumo de estos contenidos está rivalizando con el consumo de contenidos tradicionales, disponibles en los sites de las principales cadenas de televisión, que ponen a disposición de los televidentes el contenido de las mismas series que emiten por el medio tradicional, con la comodidad añadida para los usuarios de acceder a esos contenidos en el momento que deseen, simplemente con un ordenador y una conexión a internet de banda ancha. En la actualidad estamos entrando en la fase del contenido generado por usuarios de alta definición (HD). No obstante, ya se están ofertando los primeros equipos capaces de capturar video en 3D orientados a aficionados entusiastas y aunque estemos aún lejos de una adopción generalizada ya se puede contemplar el añadir la tercera dimensión en estos contenidos creados por los propios usuarios y distribuidos a través de internet. Todos los factores mencionados con anterioridad van a requerir un avance en las tecnologías de acceso, gestión y consumo de contenidos multimedia en la red, para permitir aumentar el ancho de banda disponible en los hogares mediante nuevas tecnologías de acceso (VDSL, fibra etc.). Nuevos modelos de visualización y de interacción: Asimismo, sigue abierto el reto de trasladar técnicas 3D de contenidos estáticos y de aplicaciones de entretenimiento en el mundo más amplio de las aplicaciones y servicios e incluso en la propia WEB, introduciendo nuevos modelos de visualización y de interacción vinculados no solo a las últimas pantallas 3D sino también a los nuevos aparatos de entrada y salida de datos hacia los usuarios (pantallas táctiles, interfaces gestuales, sensores de movimiento etc.) 13

16 IV.c.3 Semántica En un inicio, la World Wide Web fue basada principalmente en documentos escritos en HTML, un lenguaje de marcas que sirve para crear hipertexto en Internet, donde se introducía información que llegaba directamente al usuario. Esta WWW tenía sus limitaciones como era la escasa posibilidad de categorizar elementos, es decir, HTML nos permite exponer información pero no como categorizarlo o definirlo además de relacionar datos o elementos entre sí. Debido a estas limitaciones y al crecimiento de la cantidad de información, se evolucionó a una web 2.0, donde a partir de elementos como la web social, contextualización y la movilidad, el principal concepto de la web es el conocimiento. En este periodo los usuarios o proveedores de la información realizan una inteligencia colectiva mediante el etiquetado de los contenidos (folksonomías, tags) que proporcionan y lo comparten con el resto de usuarios. Además, se evoluciona también hacia una personalización de los servicios ofrecidos a través de la contextualización de las aplicaciones web. Actualmente ya nos estamos dirigiendo hacia una nueva evolución de la web, web 3.0, en el que la inteligencia artificial, personalización y movilidad aparecen como ejes principales que permitan acceder al conocimiento existente en la web además de inferir nuevo conocimiento. Aquí es donde irrumpe la Web Semántica. La Web Semántica es la idea de añadir metadatos semánticos a la World Wide Web. Esas informaciones adicionales describiendo el contenido, el significado y la relación de los datos deben ser dadas de manera formal, de forma que sea posible evaluarlas automáticamente por máquinas. El objetivo es la interoperabilidad entre los sistemas informáticos, reducir la necesaria mediación del hombre y una personalización y contextualización de los contenidos. Para ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Publicación e intercambio de información: Las ontologías son los vocabularios de anotaciones semánticas, o en una descripción más formal definida por Tom Gruber, una ontología es la especificación explícita de una conceptualización. Las ontologías definen por tanto un modelo de conceptos específicos donde pueden ser representadas relaciones entre los conceptos al igual que reglas y axiomas, permitiendo así la inferencia en el modelo. Para tal propósito, la Web Semántica dispone de tecnologías de metalenguajes para la descripción de contenidos, como RDF, RDF Schema, OWL o en mecanismos como SPARQL. El uso de las ontologías es clave para la anotación semántica con la descripción de metadatos de los datos disponibles en la Web. Además, las ontologías son empleadas para el intercambio e interoperabilidad entre sistemas, muy necesaria 14

17 en la actualidad para poder desarrollar una inteligencia colectiva enlazando conocimientos e información entre sí a través de descripciones semánticas. Motores de búsqueda semánticos: Alguna de las ventajas que proporciona la anotación semántica son los motores de búsqueda semánticos. La búsqueda semántica ayuda a la búsqueda tradicional, mejorándola, pero no necesariamente sustituyéndola. Un buscador semántico identifica el contexto o la intención del usuario de lo que quiere buscar y realiza un acceso inteligente al conocimiento (a través de las anotaciones) aplicando algoritmos y criterios semánticos para recuperar resultados, aumentando la precisión de los resultados si realizásemos una búsqueda tradicional. Inferencia y complexión: La inferencia es una de las principales características de la tecnología de la Web Semántica, porque en ella se pretende que el software sea capaz de razonar sobre el conjunto de los metadatos de los recursos Web. Para eso, se utilizan los razonadores, programas que mezclando afirmaciones de una base de conocimiento con la definición de la ontología utilizada son capaces de deducir nuevas afirmaciones. Tanto RDFS como los dialectos OWL Lite y OWL DL están basados en la lógica de primer orden. Estos lenguajes permiten a través de su expresividad inferir nuevas aserciones. La minería de datos evoluciona también con la irrupción de la tecnología semántica. Con el continuo incremento de conocimiento y grandes volúmenes de datos en la web, el uso de algoritmos de inferencia sobre el conocimiento etiquetado semánticamente, permite generar y validar nuevo conocimiento, mejorando los resultados de las actividades de minería de datos. Técnicas de recomendación y razonamiento: Además, la gestión eficiente del conocimiento y la estrategia de algoritmos de inferencia ofrece la posibilidad del desarrollo de herramientas de recomendación que utilizan algoritmos semánticos para aprender y personalizar el contenido y servicios ofrecidos a los usuarios de una forma más eficaz, accediendo y ofreciéndole conocimiento relacionado a lo que el usuario puede estar interesado. Esto sólo es posible si los datos o sistema al que quiere acceder esta anotado semánticamente. LOD (Linked Open Data): La utilización de la tecnología semántica nos permite realizar modelos conceptuales del conocimiento de los sistemas, pero estos modelos deben estar conectados entre sí para crear una inteligencia colectiva compartida. En 2007 fue lanzado el proyecto Linking Open Data relanzando la idea de reducir barreras en la publicación y acceso de conocimiento compartido a través de la Web con un nuevo paradigma donde la web es un espacio global de información en el que los recursos están relacionados, estableciendo métodos y técnicas que facilitan el acceso a los datos, su publicación y reutilización, utilizando URIs y RDF como tecnologías para llevarlo a cabo. Por lo tanto Linking 15

18 Open Data propone exponer datos en la web de forma abierta, compartida y escalable, con el objetivo final del desarrollo de aplicaciones web ricas entorno a los datos expuestos, conectando conocimiento de dominios heterogéneos y organizaciones distribuidas por la Web, reduciendo la barrera entre los proveedores de datos y los consumidores. Para ello es necesaria la anotación multimedia automática. Actualmente existen más de cincuenta nodos de información expuestos y conectados en la nube de Linked Data, observándose además los primeros resultados exposición pública de datos por parte de administraciones públicas a través de data.gov o data.gov.uk BIM (Building Information Models): Permite modelar toda la información relativa a un edificio, desde la geometría propia del edifico, hasta los agentes involucrados, pasando por materiales, instalaciones. Estos modelos son de gran utilidad para las herramientas de cálculo o simulación. Actualmente, los simuladores más utilizados son los de eficiencia energética que permiten calcular la demanda y consumo energético de un edificio. Evidentemente están también otro tipo de aplicaciones de cálculo, como por ejemplo de iluminación, cálculo estructural o de instalaciones. IV.c.4 Cloud Computing La tecnología Cloud promete permitir un paso adelante importante en el desarrollo, alojamiento y distribución de aplicaciones y servicios, al permitir la provisión de infraestructuras TIC o plataformas como un servicio ( as a service ), mostrando muchas de las características proporcionadas por los servicios clásicos, como: Una interfaz simple que permite la auto-provisión y monitorización de recursos, a la vez que oculta su complejidad El servicio es accesible desde casi cualquier lugar. La asignación de recursos se realiza en el momento, así como su aumento en caso de incremento de las necesidades. El precio por unidad de recursos consumida es bastante competitivo. Los usuarios pagan sólo por el número de recursos efectivos que se utilizan. El servicio es fiable y seguro Apoyándose en las facilidades y posibilidades que los Clouds proporcionan, los proveedores de servicios y aplicaciones pueden reducir sus necesidades de inversión y sus gastos en infraestructuras ICT necesarios para ejecutar sus aplicaciones, sin tener que tratar con las cargas de gestión y operación de las infraestructuras. Las infraestructuras Cloud pueden clasificarse en dos categorías: 16

19 Infrastructure as a Service (IaaS): En este tipo de infraestructuras, los proveedores de aplicaciones pueden alquilar servicios de infraestructura como máquinas virtuales, almacenamiento, interconexión y auto escalado. Conseguir elasticidad, mantener y gestionar los componentes son las tareas que el proveedor de aplicaciones debe realizar. El cobro se realiza en base a los recursos consumidos multiplicados por el tiempo de cada recurso. Platform as a Service (PaaS): En este tipo de infraestructuras disponen de un entorno de programación flexible, generalmente unido a algún tipo de lenguaje de programación y modelo de desarrollo de software. Los proveedores de servicios contratan un entorno acotado, que se factura en base al número de ciclos de CPU consumidos y la información enviada y almacenada. Los componentes individuales no son visibles para el proveedor de aplicaciones. Generalmente el entorno de programación sacrifica parte de la funcionalidad de los recursos en aras de conseguir flexibilidad y escalabilidad. En el entorno del Cloud Computing van a surgir muchas posibilidades de innovación e investigación, ya que es un campo de investigación muy reciente, y que todavía presenta muchos aspectos sin resolver: Gestión de los mecanismos internos de gestión del software: Aunque las actuales infraestructuras IaaS han demostrado suficientemente su madurez para afrontar los retos del mercado, se muestran aún muy orientadas hacia la infraestructura. Existen aspectos a mejorar relacionados con la gestión de los mecanismos internos de gestión del software, como las pilas de llamadas dentro de las máquinas virtuales y la flexibilidad y adaptabilidad de las aplicaciones, que se dejan en manos de los proveedores de aplicaciones que deben desarrollar sus propias soluciones para establecer niveles distintos de ejecución, configurar sus balanceadores de carga, distribución de datos, replicación, autenticación, cobro, etc. Gestión del cumplimiento de los compromisos de acuerdos de nivel de servicio (SLA, Service Level Agreement) establecidos. Mejoras en la gestión de provisión dinámica de recursos Unir las capas IaaS, PaaS, SaaS potenciando la oferta de PaaS que está en una fase incipiente y enriqueciéndola con más capacidades ya listas para el uso por los desarrolladores (monetización, APIs de comunicaciones, contexto, etc.) y más flexibilidad en los entornos de desarrollo. Mashup as a Service: Ofrecer la capacidad de crear aplicaciones mejor adaptadas a las necesidades de los usuarios (sobre todo PyMES e individuales) que no pueden desarrollar sus propias aplicaciones de tipo Cloud, ni pueden adaptar sus necesidades a la oferta, relativamente rígida, de aplicaciones SaaS. El objetivo es 17

20 llevar los conceptos de los Mashups de aplicaciones Web en el Cloud. Crear un ecosistema y marketplace de componentes, que ya se respaldan por una infraestructura Cloud, donde estos usuarios pueden buscar, encontrar, combinar y personalizar soluciones según sus necesidades. Este concepto emergente se denomina Mashup as a Service. IV.c.5 Interoperabilidad La Norma Internacional ISO19101:2002 define la interoperabilidad como la capacidad de los sistemas o componentes de intercambiar información y de poder controlar el procesamiento cooperativo entre aplicaciones. Para ello se precisan: capacidades de localización de la información y las herramientas de proceso; entender y usar la información y las herramientas descubiertas; poder desarrollar entornos de proceso para uso comercial sin restricciones de la oferta única en el mercado; poder desarrollar infraestructuras de información y procesamiento para servir a los distintos tipos de mercado y promover un mercado libre de competencia entre los consumidores. En esta línea la interoperabilidad es la condición gracias a la cuál sistemas heterogéneos, es decir, de naturaleza diferente, pueden intercambiar información y funcionalidad a través de estándares comunes en ambos sistemas. El objetivo en sí que radica dentro de la interoperabilidad es proporcionar la capacidad a cualquier sistema de comunicarse con sistemas completamente heterogéneos entre sí con la finalidad de compartir funcionalidades y datos de tal modo que resulte lo más sencillo posible, e incluso sea totalmente transparente para el usuario final. Se considera que una interacción cumple unos requisitos mínimos de Interoperabilidad cuando, como mínimo, ésta puede ocurrir a tres niveles: datos, aplicaciones y negocio (interacción entre proveedor de servicios y cliente B2C o entre proveedores de servicios B2B). No obstante, la Interoperabilidad es un factor clave en todos y cada uno de los niveles que van desde las infraestructuras a las aplicaciones ínter empresariales. Ya que la interoperabilidad ofrece la capacidad de que sistemas diferentes, tecnológicamente hablando, se comuniquen entre sí, compartiendo procesos y datos es necesario un esfuerzo importante en el proceso de estandarización. Organismos internacionales como ISO y CEM y organizaciones como OMG, OAG, OASIS, W3C promueven la publicación de estándares, que regulan los mecanismos y capacidades que favorezcan la interoperabilidad entre los sistemas que cumplen estos estándares. 18

21 Así, los avances en I+D a realizar se enfocan en varios frentes: Interoperabilidad a distintos niveles (estándares abiertos, buenas prácticas) Modelado de la interoperabilidad: Modelo por el cual se define el alcance de la interoperabilidad entre varios sistemas o tecnologías. Se especifica la interoperabilidad a distintos niveles como pueden ser: Nivel técnico, semántico, sintáctico, organizacional, social Gestión de la independencia de dispositivos: La Independencia de dispositivos ofrece de forma sencilla el acceso a la información independientemente del dispositivo que se utilice para ello. La información por tanto está siempre disponible y accesible. IV.c.6 Aspectos Socio-Económicos Dentro de los aspectos socio-económicos se integran todos aquellos factores sociales, económicos y de mercado que afectan o inciden el uso y explotación de las TICs. Las tecnologías de la información deben incorporarse en unos entornos que marcan las directrices en su uso. La utilización, mejora o avance de las TICs sin estar enmarcadas y próximas a la realidad en la que se usan no tiene ningún sentido. Por ello, cuando se afronte los retos planteados en esta agenda, deberán tenerse en cuenta las directrices sociales, y económicas que existan en la realidad actual. En este sentido, las diferentes organizaciones ofrecen planes estratégicos que analizan con detalle estos aspectos sociales, económicos y de mercado. La mayoría de los gobiernos y organizaciones, en cualquier nivel, ya sea local, autonómico, nacional o incluso internacional, ofrecen con estos planes los marcos de referencia sobre los que han de sustentarse los avances de las TICs. Green-IT: Trata de la relación existente entre la industria TI y el cambio climático. Dentro de la visión de PLANETIC, se plantea la tecnología de Green-IT como una solución indirecta al cambio climático ya que las TIC pueden ayudar, entre otras cosas, a la digitalización de los procesos o a realizar una gestión más eficiente de los sectores energéticos. IV.c.7 Negocio Digital en Red Las empresas, en su necesidad de control y gestión del negocio, ofrecen un gran impulso a las tecnologías de la información y proporcionan un banco de pruebas idóneo para el lanzamiento de nuevos desarrollos. La globalización del modelo de negocio y del mercado, con localizaciones distribuidas, la integración de los procesos con proveedores y clientes, el crecimiento de un mercado cada día más competitivo origina que los sistemas software y de servicio jueguen un papel imprescindible en la gestión eficiente y efectiva del negocio. Actualmente estos sistemas software no son 19

22 sólo meras herramientas sino que la dependencia con ellas es tan grande que son elementos imprescindibles en los procesos de negocio de tal forma que su inexistencia imposibilitaría el negocio en sí. Las compañías españolas han aprovechado la informática desde sus inicios adoptando diferentes modelos para su infraestructura de aplicaciones empresariales. Empezando por aplicaciones monolíticas ad-hoc, orientadas a resolver problema concreto, hasta las aplicaciones empresariales orientadas a funciones específicas de la empresa (ERPs, CRMs, etc.) y sistemas transaccionales (p.e. Tuxedo, Cisc, etc.). En los últimos años, la necesidad se ha desplazado hacia la integración e interoperabilidad de los diferentes sistemas aislados heterogéneos desarrollados durante los años previos y por consiguiente han surgido soluciones basadas en EAI (Integración de Aplicaciones Empresariales). Un paso más allá supone avanzar en el modelo de interoperabilidad e integración creando el concepto de empresa en red de modo que ya no solo se integren los procesos de negocio en las distintas áreas y divisiones de la empresa, sino que se integre y fomente la interoperabilidad del proceso de negocio de varias empresas para aportar valor añadido a la experiencia comercial del cliente. En este marco cobran vital importancia los sistemas de Gestión de Procesos de Negocio (BPM) ya que proporcionan mecanismos para la definición, automatización y monitorización de procesos y permiten lograr un mejor entendimiento del negocio ofreciendo así una oportunidad inmejorable de mejorarlo. La tendencia, vigente desde hace tiempo, y que orienta los esfuerzos de empresas y organizaciones es la de digitalizar sus procesos de negocio. En esta línea la informatización de la administración pública es un pilar importantísimo que sustentará todos estos esfuerzos debido a la estrecha relación que existe entre los organismos públicos y las empresas. Para ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Procesos de negocio (BPM, Business Process Management): Metodología empresarial que tiene por objetivo el mejorar la eficiencia a través de la gestión sistemática de los procesos de negocio. Estos procesos de negocio se deben modelar, automatizar, integrar, monitorizar y optimizar de forma continua. Ecosistema Digital de Negocios y digitalización: Una infraestructura ofrecida a través de internet para la cooperación entre PyMES a través de la integración de sus procesos de negocio de modo que se fomente la competitividad en igualdad de condiciones. Open MarketPlaces: Ofrecen soluciones, servicios y procesos de formación para ayudar a empresas en las industrias clave en el comercio internacional dando la 20

23 oportunidad de comerciar y colaborar con socios comerciales y clientes de todo el mundo. IV.c.8 Productividad en el desarrollo de Software En el terreno de las metodologías de desarrollo de software, se aprecia una necesaria mejora en la puesta en práctica de dichas metodologías de desarrollo, así como la flexibilización de éstas para potenciar la productividad de las mismas sin renunciar a la calidad de los mismos. Por esta razón se hace cada vez más necesario disponer de herramientas efectivas para aumentar la productividad, no solo desde un punto de vista teórico sino especialmente en la puesta en práctica de dichas metodologías, consiguiendo que su despliegue impacte positivamente en el negocio de la empresa. La mejora de la efectividad y la productividad en el desarrollo de software está ligada a la utilización de buenas prácticas de Ingeniería de Software. En la actualidad es indiscutible que el uso de una metodología apropiada es un factor clave para el éxito de cualquier esfuerzo de ingeniería y también debería ser-lo en la ingeniería del software. La ingeniería de software, por su relativa juventud como disciplina y por la altísima variabilidad de los productos que gestiona, pocas organizaciones que desarrollen software utilizan metodologías de forma sistemática, aunque esta tendencia está cambiando día a día. La Ingeniería de Procesos contribuye en esta línea, diseñando y construyendo metodologías en función de las necesidades específicas de cada organización. De este modo, de la misma forma que las metodologías deben responder a multiplicidad de estándares, también deben adaptarse a las características particulares de cada uno de los proyectos que se llevan a cabo en la organización. La complejidad del proceso hace imprescindible que una gran parte de las actividades del desarrollo de software se automatice. Los modelos y las metodologías basadas en modelos son la herramienta para abstraer de los detalles irrelevantes en un determinado contexto y poder razonar sobre el sistema a construir. Los modelos están demostrando ser una herramienta de productividad, acercando los modelos a los expertos del dominio de aplicación. Este enfoque permite separar los modelos que describen la solución al problema en términos de negocio, de los modelos que describen la implementación en términos de la plataforma software. Esta arquitectura de solución separa los aspectos del negocio de la tecnología de implementación facilitando que ambos evolucionen independientemente uno de otro y posibilitando verdaderas factorías de software estructuradas por dominio de aplicación y por tecnología de implementación. 21

24 Por ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Reutilización sistemática y líneas de producto que permitan la gestión de variantes en los productos y en el proceso de desarrollo. Esto requerirá una gestión de las configuraciones dentro de una línea de producto. Modelado y generación automática a través de la orientación a modelos (MDE- Model Driven Engineering) Modelos del software que faciliten la recogida formal de requisitos así como su trazabilidad a través del uso de lenguajes de modelado específicos del dominio y arquitecturas y patrones de software. IV.c.9 Calidad Software La calidad del software engloba una serie de técnicas, métodos, modelos y guías de buenas prácticas que tienen como fin último garantizar la bondad de los resultados que se obtienen en los proyectos de desarrollo software. La búsqueda y aseguramiento de unos resultados de calidad en cualquier ingeniería, resulta necesaria y se debe contemplar de manera intrínseca en el desarrollo. Desarrollar un software de calidad va a requerir el seguimiento de una serie de estándares, de una serie de referentes en buenas prácticas y del uso de medidas objetivas que permitan observar, medir y controlar aspectos tanto cuantitativos como cualitativos de los resultados. La necesidad de desarrollar el software bajo el paraguas de la calidad, está siendo un valor en alza que cada día se requiere más en la sociedad de una manera explícita y que es la garantía de éxito de los proyectos. Para lograr este fin, bajo el paraguas que se entiende por calidad del software es necesario incluir entornos metodológicos que, no solo se basen en estándares y modelos de referencia, sino que, además, permitan hacer un seguimiento objetivo y cuantificable de la calidad de los productos que van obteniendo así como la utilización de herramientas para el soporte del mismo. Los avances en I+D necesarios se enfocan en los varios frentes: Ingeniería de procesos y métodos que faciliten el despliegue y personalización de metodologías en una organización. Métricas de calidad orientadas tanto al producto como al proceso. Estándares de calidad. Medición del rendimiento. IV.c.10 Usabilidad En general, los usuarios de software y las empresas tecnológicas que lo desarrollan han aceptado que si un producto es fácil de usar se vende mejor y requiere menos 22

25 mantenimiento. Es bien conocido que la experiencia de los usuarios es un factor clave en el éxito del software. Por ello es indispensable tener en cuenta a dichos usuarios en el proceso de desarrollo de la interfaz de usuario, con el fin de tratar de garantizar una experiencia de uso adecuada, teniendo en cuenta la diversidad de personas y situaciones que pueden darse. En este contexto se maneja el concepto de usabilidad, como una medida de esa experiencia de usuario. Se puede definir la usabilidad como la medida en la cual un producto o servicio puede ser utilizado por usuarios específicos y en un contexto de uso determinado para lograr unos objetivos concretos con efectividad, eficiencia y satisfacción. La efectividad indica la capacidad para realizar la tarea sin cometer errores, la eficiencia mide el consumo de tiempo y otros recursos y la satisfacción es una medida subjetiva basada en la contestación a cuestionarios. Pero el software no sólo debe ofrecer una buena usabilidad para el usuario medio, sino que en muchos casos también debe poder ser utilizado por personas con limitaciones físicas y/o intelectuales. Es decir, el software debe ser accesible. Existen muchas definiciones de accesibilidad, pero en este contexto puede definirse como la usabilidad para usuarios con gran diversidad de capacidades. Así, un producto accesible será un producto usable para personas con capacidades diversas (personas que ven, ven poco o no ven; personas que oyen, oyen poco o no oyen; etc.). El objetivo global perseguido es que la interacción de las personas con los sistemas sea simple e intuitiva, y que los sistemas sean accesibles, usables e inteligentes, para lo cual es necesario desarrollar las siguientes actividades de investigación e innovación: Interfaces adaptables y evolutivos que permitan la adaptación automática al usuario en función de su evolución y necesidades a lo largo del tiempo, contemplando aspectos de: Contextualización y Personalización. Enriquecimiento de capacidades adaptativas. Interfaces multimodales y avanzados para facilitar La interacción persona-sistema inteligente, a través de nuevos mecanismos de interacción típicos de campos de aplicación como la inteligencia ambiental. El uso de la realidad virtual y aumentada como capa software de ayuda a la interacción persona-sistema y persona-entorno. 23

26 Semántica de las interfaces que permita enriquecer las capacidades adaptativas de las mismas, para lo cual es necesario: El uso de ontologías para la descripción de interacción (usuarios, interfaces y capacidades de los sistemas). La especificación declarativa de la capa de presentación. Los navegadores de tercera generación capaces de interpretar la semántica de páginas web. Certificación de interfaces que garanticen la evaluación de usabilidad y accesibilidad a lo largo de todo el proceso de desarrollo del software: Certificaciones de accesibilidad. Certificación de interoperabilidad. Tratamiento del lenguaje natural Interacción con ayudas técnicas (tecnología asistiva): Aplicación y uso de asistentes. Tratamiento del lenguaje natural en la interacción entre sistema y usuario. Bio-usabilidad, aplicación del tratamiento de la señal biométrica para medir el grado de satisfacción del usuario con el uso del software, especialmente en usuarios con limitaciones físicas y/o intelectuales. IV.c.11 Seguridad La seguridad es una preocupación latente en cualquier empresa tanto desde el punto de vista estructural (protección de datos, ajuste a normativa comunitaria, etc.) como desde el punto de vista de producto final (diseño de sistemas seguros, protección de software, confianza entre sistemas disjuntos y heterogéneos, etc.). La seguridad es un elemento integral del sistema, no depende exclusivamente de uno u otro componente del sistema, sino que debe abordarse desde la globalidad del sistema. La seguridad y la confianza del sistema pasan a ser perspectivas transversales de la arquitectura del propio sistema software así como de los servicios proporcionados por el sistema. De ahí que sea muy importante incorporar los aspectos de seguridad desde la misma concepción de los sistemas, sus arquitecturas y sus conexiones. Es ahí donde cobra sentido la Ingeniería de Seguridad, que se enfoca principalmente a: 1) estudio y diseño las herramientas y protocolos que se más tarde se usarán en la seguridad práctica y 2) analizar los requisitos de seguridad de un sistema software en desarrollo (o heredado) y aplicar soluciones de diseño que den respuesta a esos requisitos de seguridad. Los principales ámbitos de trabajo en seguridad son: 24

27 Impulso al desarrollo de aplicaciones que utilizan el DNIe, Confianza y Seguridad en los nuevos avances de Internet Seguridad patrimonial Seguridad de la información gestionada Gestión de identidad en entornos Web Ciberseguridad Protección de infraestructuras críticas IV.c.12 Orientación a la Persona Íntimamente ligado a la usabilidad y accesibilidad aparece el enfoque tecnológico de orientación a la persona en el proceso de desarrollo del software. Partiendo de que la experiencia de los usuarios es un factor clave en el éxito del software, se puede afirmar es indispensable tener en cuenta a dichos usuarios en el proceso de desarrollo desde el inicio hasta el fin del mismo, con el fin de tratar de garantizar una experiencia de uso adecuada, teniendo en cuenta la diversidad de personas y situaciones que pueden darse. En este contexto se manejan conceptos como la usabilidad y accesibilidad (como una medida de esa experiencia de usuario, entendiendo usuarios normales o usuarios con diversidad de capacidades), pero también se requiere tener en cuenta otros factores relacionados con la privacidad, la confianza, el respeto a los valores éticos de la sociedad, o la multiculturalidad. Las actividades de investigación e innovación relacionadas son: Usabilidad y accesibilidad, desde un punto de vista general (según descrito en la ficha específica para esta tecnología) pero haciendo hincapié en: Metodologías y modelos de desarrollo basados en el usuario. Modelado del usuario (metodologías de diseño centradas en el usuario, perfiles de usuario). Personalización de la experiencia del usuario. Herramientas para la creación de interfaces usables/accesibles. Privacidad, confianza y factores éticos y legales: La privacidad puede definirse como la capacidad de una persona o de un grupo de personas para mantener sus vidas o sus asuntos personales al margen de lo público, así como la capacidad para controlar el flujo de la información que tiene que ver con lo personal o lo íntimo. Cuando se habla de privacidad de una persona se considera: la privacidad de sus datos y la privacidad de su localización. Otro aspecto importe es la de las múltiples identidades. Las personas pueden presentar distintas identidades cuanto utilizar diferentes servicios de la red. 25

28 En este aspecto es necesario el desarrollo de aplicaciones para la gestión del flujo de información privada, que permitan decidir en cualquier momento que partes de la información está disponible y para quién. Además habrá que considerar las influencias de las posibles limitaciones cognitivas del usuario, de los proveedores del servicio o de la complejidad de las estructuras de datos personales al contemplar las múltiples identidades. Desde el punto de vista de las organizaciones se habla de confidencialidad, que está relacionada con la responsabilidad de quienes pudieran recopilar información de esa naturaleza, y que necesitan asegurar que sólo individuos con la debida autorización pueden acceder a dicha información. En el ámbito general de los servicios de la sociedad de la información, podríamos clasificar la privacidad como el derecho de la persona que usa ese servicio, y la confidencialidad como el deber del proveedor del servicio. Respetar la privacidad mediante políticas efectivas de confidencialidad fomenta el sentimiento de confianza que un usuario tiene acerca de quién le proporciona un servicio. En este sentimiento también influyen otros factores tales como los aspectos éticos, legales, la disponibilidad y fiabilidad del servicio, o la seguridad con la que ese producto se utiliza. Multiculturalidad: La sociedad está en un continuo proceso de cambio que está incrementando su diversidad cultural, dada por la integración de nuevos países en la Unión Europea y por la inmigración proveniente de otros continentes con culturas muy diferentes de la occidental. Aunque a simple vista pueda parecer que la multiculturalidad no es relevante para el software, sí es un factor a tener en cuenta en el diseño de los contenidos y de los elementos de la interfaz de usuario. Así, por ejemplo, hay que diseñar los iconos teniendo en cuenta esa diversidad cultural. IV.c.13 Gestión de Provisión de Servicios La importancia de los servicios en la nueva Sociedad de la Información hace que sea fundamental que dichos servicios se puedan producir y desplegar de manera rápida y eficiente. Desde el punto de vista de la tecnología, la clave está en la gestión de servicios para los cuales son imprescindibles estándares de descripción, formalismos para estructuración y anotación de servicios y arquitecturas de modelado, desarrollo, implementación, gestión e integración que permitan superar la evolución desde las arquitecturas software monolíticas actuales. Para alcanzar esta gestión efectiva de servicios son necesarios avances en I+D en varios frentes: 26

29 Metodologías y herramientas para el modelado, diseño, desarrollo e implementación de servicios en arquitecturas SOA. La creación de herramientas que soporten el proceso de creación y despliegue de servicios, siguiendo metodologías definidas y bien estructuradas, contribuye a la creación de servicios de manera ágil y eficiente y a la integración de plataformas de provisión de servicios y desarrolladores de ámbitos heterogéneos en este nuevo modelo de gestión de servicios. Descripción universal de los servicios. Las tecnologías actuales sólo permiten incluir descripciones sintácticas, por lo que la investigación deberá centrarse en extender esta descripción mediante semántica. La descripción funcional del servicio debe completarse con otros elementos como disponibilidad, rapidez, funcionamiento en condiciones desfavorables, etc., conformando un completo acuerdo de nivel de servicio. Métodos para el descubrimiento de servicios. Es fundamental ofrecer un middleware de integración de servicios que sea capaz, mediante identificación semántica del mismo, de descubrir qué servicios disponibles existen para completar un determinado proceso y, atendiendo a diferentes criterios o requisitos, determinar cuál es el apropiado en cada caso. Composición y agregación de servicios. Los servicios y aplicaciones deben poder combinarse de manera flexible en respuesta a las necesidades complejas y cambiantes del negocio así como según la demanda. El objetivo es combinar y configurar (orquestación y coreografía) los servicios existentes para dar una respuesta inmediata en ambientes distribuidos y de forma ubicua. Gestión y Gobierno: Establece los mecanismos y políticas necesarios para asegurar que los principios de la orientación a servicios son gestionados adecuadamente y que los servicios son capaces de satisfacer los objetivos de negocio. Es decir, hay que definir qué es lo hay que hacer, cómo hay que hacerlo y quién o quiénes tienen la responsabilidad de realizarlo. Para ello es necesario definir mecanismos de para monitorizar y optimizar la ejecución de los servicios, gestionar los acuerdos de nivel de servicios y facilitar su negociación, permitir la futura de servicios en desarrollo, así como gestionar las versiones y la migración de servicios durante el ciclo de vida. ROA son las siglas de Resource Oriented Architecture, que hacen referencia a un nuevo estilo de desarrollo de sistemas distribuidos que se basa en la arquitectura de la web para conseguir los mismos objetivos que SOA pero enfocado a ofrecer una implementación mucho más sencilla y conveniente que la que ofrece la tecnología de los servicios web. 27

30 IV.c.14 Disciplinas de Ingeniería para Usuarios De cara a los consumidores de servicios, se habla de la denominada user-centric SOA, donde los front-ends de los servicios permiten la creación, orquestación e innovación abierta de nuevas aplicaciones componibles de manera sencilla y flexible por parte de los usuarios finales sin necesidad de poseer conocimientos técnicos. Para ello, se tiene al usuario como base fundamental de los diseños de la pila de servicios, aplicando las tecnologías y filosofías propias de la Web 3.0 en cada estamento de la pila de servicios. Para ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Generación de servicios por parte de usuarios no técnicos a través de la provisión de técnicas y métodos que faciliten la creación de servicios por parte de los usuarios y de herramientas de soporte a la generación de servicios complejos desde una perspectiva centrada en el usuario (y por tanto en su interfaz) Nuevas formas de visualizar e interactuar con servicios Mashups de servicios y recursos guiados por el usuario Feeds, RSS, micro-formatos IV.c.15 Evolución de la Web En la actualidad estamos inmersos en una nueva etapa, en la que la web es capaz de actuar como caldo de cultivo de todo tipo de aplicaciones y servicios, a la vez realiza el papel de catalizador para facilitar las relaciones sociales y empresariales. Dos han sido los principales vectores que han propiciado este cambio. Por un lado, los usuarios son ya parte de la web, adoptando de forma significativa el nuevo rol de productor y consumidor (también conocido como prosumer): los usuarios crean y comparten, son parte activa de la red y la dotan de su inteligencia. Por otro lado, la evolución de las tecnologías asociadas a la web, como RIA, Web APIs, MVC Frameworks, Flash, Google Gears, Javascript, y HTML5, han permitido simplificar tanto los servicios presentes en la red como su propio uso permitiendo a un mayor número de usuarios finales acceder a dichos servicios. Estos dos aspectos, la participación de los usuarios en la red y la facilidad de acceso a los servicios, se alimentan mutuamente, generando lo que se ha venido en llamar el movimiento Web2.0. En la actualidad nos encontramos en lo que podríamos denominar fase de integración social, en la que todos los servicios (en el sentido más amplio de la palabra) tienden a embeberse y posicionarse en plataformas sociales de cara a su promoción, localización y monetización, haciendo un uso más o menos trivial de la información contenida en dichas redes sociales. 28

31 Esta integración de las relaciones sociales en algoritmos y servicios constituye uno de los vectores de innovación más importantes a tener en cuenta y va mano a mano con la visión más amplia de la Internet de los Servicios que engloba una web front-end que afrontará los siguientes retos: User empowerment: permitir a los usuarios crear su propio acceso a la web y aplicación usando filosofía modular y fácil inspirada por las piezas LEGO. Knowledge sharing: los usuarios crean sus propias aplicaciones y comparten sus conocimientos, siendo ellos los motores de innovación y de la mejora de la productividad Seamless Context Adaptation: el contexto del usuario en su sentido amplio (perfil, preferencias, lenguaje, información de redes sociales etc.) y el contexto del servicio (terminal, red, posición geográfica etc.) son factores críticos para ofrecer servicios que se adapten a las cambiantes situaciones y papeles de los usuarios. Sustainable business marketplace: eliminar barreras para que cualquier usuario u organización pueda ser un creador o consumidor de aplicaciones que se pueden monetizar a través de modelos de negocio flexibles y novedosos. Finalmente y como vienen demostrando en los últimos tiempos, las tecnologías semánticas serán una pieza importante para la correcta evolución de la red y los servicios. Resulta imprescindible abordar este tipo de soluciones que nos permitan automatizar no solo el acceso y composición de datos, sino la automatización y creación de procesos que nos permitan explotar la ingente cantidad de información heterogénea, aunque relacionada, que constituye la red del futuro. Para ello son necesarios avances en I+D en varios frentes: Redes sociales. Web 2.0/3.0. Sistemas de sistemas (SoS). Desarrollo ágil de portales web (ROA, Web APIs, Web Toolkits, GWT, Flash, RIA (Rich Internet Application)) Técnicas de posicionamiento en Internet. Arquitecturas para la integración de dispositivos. Inteligencia artificial distribuida. Motores de ejecución de la web. 29

32 IV.d Mapeo de Tecnologías y Desafíos Socio-Económicos La siguiente tabla muestra la aplicabilidad de las tecnologías clasificadas anteriormente para resolver los desafíos socio-económicos identificados en la sección IV.b. Clasificación Tecnologías Eficiencia Energética Construcción Turismo Desafios Admon. Pública Sanidad Lógistica Integral Igualdad de Oportunidades Adaptación Contextualización u u u Geo-Referenciación u u u u Servicios Basados en Localización u u u u u u u 3D Televisión Digital u u u Realidad Virtual u u u Realidad Aumentada u u u u Contenidos Digitales u u u Certificación de Contenidos u u Móvil e IPTV u u Mapas Interactivos u u Semántica Lenguajes de Representación Lógica u u u u Métodos de Razonamiento u u u Ontologías u u u u u Anotaciones u u Servicios Web Semánticos u u Etiquetado Colaborativo u u u Anotación (Semi) Automática de las Fuentes de Información u u u u Multimedia Semántica u u u Cloud Computing Infraestructuras y Arquitecturas Orientadas a Servicios u u u u u Computación Ubicua u u u Redes de Sensores u u u Orquestación de Servicios u u u Virtualización u u u Provisión por Demanda u u u u Interoperabilidad Plataformas Interoperables u u u u u Estándares u u u u u u Protocolos u u u Aspectos Socio-Economicos Inteligencia Ambiental u u u u u u Métodos y Herramientas para la Colaboración u u u Negocio Digital en la Red Servicios en Movilidad u u u u u Simulación Online u u u ecommerce u u RFID u u u mcommerce: UMTS u Inteligencia de Negocio u u Utility Computing u u u Definición y Ejecución de Flujos de Trabajo u u u Acceso Transparente a Utilities. u u u u u Despliegue y Monitorización de Procesos u u Poductividad en el desarrollo de SW y Servicios Composición (Estática y Dinámica) de Servicios u u u Ingeniería de Requisitos u u Lenguajes de Modelado u u u Reingeniería y Reutilización u u u u Sistemas de Sistemas u u u Modelado u u u Ingeniería Guiada por Modelos (MDA) u u u u 30

33 Clasificación Tecnologías Eficiencia Energética Construcción Turismo Desafios Admon. Pública Sanidad Igualdad de Oportunidades Calidad Software Verificación del Software u u Validación del Software u u Modelos de Referencia u u u u Trazabilidad y Verificación de Requisitos u u Pruebas de Software u u Procesos Sistemáticos de Revisiones y Auditorías u u Usabilidad Multimodalidad u u u u u u Accesibilidad u u u u u u u Multicanalidad u u u u u Multilingualidad u u u u Contextualización del Interfaz y Ubicuidad u u u u u Seguridad Privacidad u u u u u u Confianza u u u Gestión de La Confianza u u u Seguridad Transaccional u u u Seguridad Telemática y Modelos De Pago Electrónico u u u Securización y Protección De Datos u u u u u u u Orientacion a la persona Metodologías de Diseño centradas en el Usuario u u u Ambientes Inteligentes u u u Procesamiento de Lenguaje Natural u u u Interfaz Hombre-Máquina u u u u u u Interfaces Multimodales u u u u u Generación y Reconocimiento del Habla u u u Aprendizaje y Estrategia del Comportamiento u u u u Gestión de Provisión de Servicios Business Intelligence para la Toma de Decisiones u u u Mecanismos de Medición del Rendimiento u u SLA Dinámicos u u Ciclo de Vida de Proyectos SOA u u Disciplinas de Ingeniería para usuarios Sistemas Multiagente u u u M-Learning u u u Autoría Colaborativa u u Sindicación u u Agentes Inteligentes u u u u u Inteligencia Artificial u u u Evolucion de la Web Web Semántica u u u u Web Colaborativa u u Redes Sociales u u u u Métodos Estadísticos e Inducción de Patrones u u u Redes Móviles u u u u Web 2.0/3.0 u u u u Agregación u u Contenidos Inteligentes u u Podcasting u u WebOS u u Desarlrollo ágil Portal Web u u u u Web Móvil u u u u u u Motores de Inferencia u u u u u Internet de los Servicios u u u u u Internet de las Cosas u u u u Lógistica Integral TABLA 1: MAPEO ENTRE TECNOLOGÍAS Y DESAFÍOS 31

34 V. SISTEMAS EMPOTRADOS Los sistemas empotrados son productos electrónicos, equipos o sistemas más complejos que contienen dispositivos que no están visibles externamente y son generalmente inaccesibles por el usuario. Los sistemas empotrados permiten a cada objeto convertirse en un objeto inteligente capaz de comunicarse con otros objetos inteligentes, ya sea directamente o a través de una red. Los sistemas empotrados se sitúan en los bordes de la Internet de las Cosas (Internet of Things) y hacen de puente entre el ciberespacio y el mundo físico de las cosas reales. Actualmente, más del 98% de todos los chips informáticos están ocultos o embebidos en todo tipo de elementos que difieren mucho de los ordenadores, los cuales han pasado de tener aspecto de sobremesa a encontrarse en los dispositivos más habituales y cotidianos de nuestro entorno: tarjetas de crédito, teléfonos móviles, coches y aviones. La gran aplicabilidad de los sistemas empotrados en cualquier ámbito sectorial, así como el valor añadido que aportan los mismos a los productos que los contienen, hace que el desarrollo de estos sistemas sea un área estratégica preferente para muchas empresas que buscan aumento de su competitividad y nuevas oportunidades de negocio. Así, los sistemas embebidos juegan un papel vital en nuestra sociedad y están revolucionando los sectores de actividad, como son el sector médico, el de medios de transporte o el de automatización industrial, entre otros. La innovación conseguida en los sistemas empotrados hace que nuestra vida sea más sana e interesante, el transporte que utilizamos sea más seguro, y el uso de nuestra energía más sostenible. Los sistemas empotrados están en el corazón de la innovación industrial y la competitividad, creando y manteniendo puestos de trabajo y el bienestar económico. Los datos indican que más de 4 mil millones de procesadores embebidos fueron vendidos en 2006 llegando a un mercado mundial de 60 mil millones de euros y consiguiendo un crecimiento anual del 14%. El valor añadido al producto final por el software empotrado es mucho mayor que el coste de los dispositivos empotrados en sí. La aplicación de sistemas empotrados está incrementándose en todos los sectores. En los próximos cinco años se espera que la participación de los sistemas empotrados se incremente substancialmente en mercados como automoción (36%), automatización industrial (22%), telecomunicaciones (37%), electrónica de consumo (41%) y equipamiento médico y de salud (33%) ( 32

35 Los clientes están buscando sistemas con conectividad avanzada (que incluyan conexión empresarial y servicios de nube), altos niveles de seguridad y administración, así como rendimiento inteligente para actuar sobre complejos sensores de datos. Esas demandas emergentes están creciendo a una nueva categoría distintiva llamada Sistemas Inteligentes y una oportunidad vital para los desarrolladores y compañías de equipo original para llevar a cabo sus mejores roles. Este nuevo segmento es esencial para los innovadores que desean ofrecer mayor funcionalidad, dispositivos más inteligentes y una visión transformadora sobre el futuro. Los sistemas inteligentes se ponen al servicio del ser humano donde los sistemas, las máquinas y los objetos se convierten en inteligentes, tienen presencia en el ciberespacio, aprovechan la información digital y los servicios a su alrededor, se comunican entre sí, con el entorno y con las personas, y gestionan sus recursos de forma autónoma. La presencia ubicua de Internet proporciona la infraestructura de comunicación para que los objetos inteligentes estén conectados. La vida en nuestra sociedad, junto con la seguridad la confianza de los sistemas, dependerá cada vez más de las tecnologías de los sistemas empotrados. Entre los resultados obtenidos de diferentes análisis de tendencia sobre los sistemas empotrados se ha encontrado que el segmento de Sistemas Inteligentes alcanzará ganancias de hasta 4 mil millones de dólares para el año 2015, y de esa millonaria cantidad el 25% es la cosecha de productos embebidos que se dirigirán a las industrias automotriz, ventas al detalle, puntos de venta electrónicos o kioscos informativos, sistemas de comunicación, cuidados de la salud, manufactura industrial, energía y militar. V.a Sectores de Mercado Los principales actores identificados en el ámbito de los sistemas empotrados, los dispositivos y componentes electrónicos son los siguientes: Proveedores de infraestructura y componentes hardware base Proveedores de infraestructura y herramientas software base: Sistemas operativos, middleware, compiladores Herramientas de soporte al desarrollo. Proveedores de software específico del dominio: software para aplicaciones industriales, librerías de componentes/drivers, cálculo, aeronáutica, etc. Integradores de sistemas Proveedores de servicios sobre los sistemas El ámbito de los sistemas empotrados engloba a todos estos actores, planteando una visión representativa del sector y abordando tres visiones y objetivos complementarios: 33

36 Producto: Visión del desarrollador del dispositivo (HW/FW/SW) Reducción del time-to-market Innovaciones tecnológicas que permitan aportar elementos diferenciales a los productos y poder mantener y aumentar la cuota de mercado Disminución de costes de fabricación y prototipado de sistemas Sistema: Visión del integrador del sistema a partir de diferentes dispositivos Problemas de integración técnica de los sistemas Definición de estándares para gestión de sistemas propietarios Integración de diferentes tipologías arquitectónicas en un mismo producto Servicios: Visión de concesionarias/operadoras de servicio y usuarios finales de los sistemas integrados Mejora de la oferta (capacidades, calidad de servicio ofertado, etc.) desde el punto de vista del usuario final V.b Contextos de Aplicación Como en el área de Software y Servicios (ref. sección 0), se han definido los principales áreas o contextos de aplicación también para el área de sistemas empotrados, teniendo en cuenta su papel y relevancia en cuanto a su aportación a la economía nacional. Estos contextos de aplicación y las tecnologías asociadas a ellos son: MEDIOS DE TRANS PORTE En este contexto se puede observar una evolución hacia processor ecosystems adhoc, auto-organizados y adaptativos, basados en plataformas multiprocesador. Los nodos computacionales serán MPSoCs (Multi-Processor System on Chip) con varios procesadores y periféricos interconectados. Se requiere de dispositivos inteligentes para el control de sensores / actuadores y comunicaciones sin discontinuidades, ubicuas, sin cables, y con bajo consumo. Las arquitecturas y diseños de referencia en sistemas empotrados constituyen plataformas genéricas que soportan diversos ámbitos aplicativos, cubriendo los requisitos de fiabilidad, seguridad, altas prestaciones y bajo consumo y ofreciendo una interacción natural con los usuarios mediante interfaces intuitivos que garantizan la mayor accesibilidad y aceptabilidad para los usuarios. El desarrollo de estos sistemas debería estar basado en metodologías y herramientas que ayudan a reducir el tiempo de desarrollo incluyendo Verificación, Validación y Certificación. Respecto al este último punto se requieren además modelos y un soporte genérico de certificación de sistemas críticos en el sector. Los medios de transporte, ya sea automoción, naval, aire, vehículos de carretera de servicio pesado o ferroviario, es el elemento que va a contribuir de manera más 34

37 directa en el cambio climático. La flota mundial de automóviles por sí sola se prevé que crezca de 800 millones a 1,6 billones de vehículos en 2030, y se estima un crecimiento del 4-5% en el tráfico aéreo por año. En el mundo cada vez más interconectado, hay una tendencia mundial hacia una mayor movilidad, que, teniendo en cuenta los efectos que puede tener, debe tender hacia la movilidad sostenible. La Industria del transporte europeo puede mantener su competitividad sólo si se consigue alcanzar liderazgo en las tecnologías verdes. El concepto de transporte verde contribuirá significativamente a las prioridades de Europa 2020 para el desarrollo de una economía basada en el conocimiento y la innovación (crecimiento inteligente) y promover una economía más competitiva, verde y de recursos más eficientes (crecimiento sostenible). Al mismo tiempo, cada vez se le está dando más importancia a la seguridad de los medios de transporte. Diferentes estudios indican que se quiere reducir el 50% de los accidentes de tráfico de aquí a 2020, con un 80 % de reducción de la tasa de accidentes en A pesar de las preocupaciones de sostenibilidad, los ciudadanos cada vez tienen mayor movilidad y son más exigentes en cuanto a la reducción del coste y del riesgo en torno al transporte. Características tales como movilidad cómoda, a tiempo y asistida, son cada vez más valoradas por los usuarios de los medios de transporte, principalmente debido a los cambios demográficos, con un mayor número de usuarios de edad avanzada. Movilidad sin accidentes: Los accidentes de tráfico son caros y son una carga para nuestro sistema de salud. Reducir los accidentes de tráfico es una de las prioridades que se deben acometer en todo sistema de transporte. Los sistemas empotrados tienen un papel esencial para conseguir tener movilidad sin accidentes. Numerosos sistemas de asistencia para los conductores y los sistemas de seguridad integrada se realizan mediante una combinación de sistemas empotrados y un conjunto de sistemas de controles electrónicos en red con sensores y actuadores. TRANS PO RTE AÉ RE O En el área del transporte aéreo cobran especial importancia los aspectos de confiabilidad, comunicaciones y seguridad: Confiabilidad Fiabilidad y disponibilidad operacional del 100% Definición de arquitecturas highly-dependables, adopción de IMA (Integrated Modular Avionics) como arquitectura de desarrollos actuales y futuros 35

38 Estándares de interfaces abiertos Seguridad de datos Implementación de los conceptos MILS Aplicar los conceptos de reutilización Capacidades de configuración extendidas (en caliente y en frio) Técnicas de diseño e implementación de sistemas basadas en modelos bajo la normativa safety (DO-178B/C) Enfoque de componentes (plug and play, basados en contratos, reutilización, etc.) Reducción de costes de verificación y validación Certificación incremental Comunicaciones Implantación de los programas SESAR (Single European Sky ATM Research) ( ) y su equivalente americano NEXTGEN. Enlaces de datos digitales harán de la planificación, modificación y coordinación de vuelos un proceso continuo. Conectividad de alto ancho de banda del pasajero con las redes en tierra. Seguridad Funcionalidad de monitorización de integridad mediante uso de materiales inteligentes y sensórica avanzada Health monitoring (Cabin condition monitoring system) Sensorización y sistemas de apoyo a la decisión para protección ante amenazas y colisiones TRANS PO RTE FE RRO VI ARIO En el ámbito del transporte ferroviario los aspectos considerados primordiales son la confiabilidad de los sistemas y materiales, los sistemas de comunicación y el mantenimiento de los sistemas en general. Confiabilidad (sistemas señalización y material rodante) Aumento de la seguridad de funcionamiento (Nivel 4 SIL- Safety Integrity Level) y gestión de modos degradados de operación Sistemas DTO-UTO sin conductor. Sistemas de protección (ATP, CBTC) con criterios de ahorro energético. Desarrollo de herramientas de soporte para la optimización del diseño y certificación de sistemas de seguridad en base a las especificaciones RAMS. 36

39 Comunicaciones Implantación de ERTMS N3 o híbrido. Métodos formales aplicados a la interoperabilidad y al ERTMS/ETCS, de cara a la compatibilidad entre componentes y versiones. Integración de ERTMS con GALILEO y despliegue de sistemas de señalización CBTC. Desarrollo de redes digitales de comunicaciones de alta velocidad aptas para transporte de información de seguridad entre vehículos y elementos de vía Catenaria como método físico de transmisión. Sistemas de comunicación y entretenimiento: mejoras de las telecomunicaciones al usuario. A bordo: LCD, DVD, Wifi, IP. Con el exterior: GSM-R, GPRS, EDGE o UMTS. Mantenimiento Monitorización remota en tiempo real de elementos críticos para el funcionamiento de los vehículos, para el seguimiento, análisis y planificación de tareas de mantenimiento. Diseño de sensores inteligentes orientados al mantenimiento correctivo y predictivo. Desarrollo de nuevos algoritmos y sistemas de diagnóstico que permitan determinar el estado real de los sistemas monitorizados. AUTOMO CI ÓN Movilidad verde Uno de los objetivos principales dentro del sector de la automoción es el de mejorar la gestión de energía en los vehículos, ya que casi el 20% de la energía primaria se consume en el ámbito del transporte. Esta mejora se conseguirá a través de la gestión inteligente del tráfico y la reducción de las emisiones. Se estima que el 25% del consumo actual de energía se puede ahorrar a través de sistemas empotrados que midan y controlen el consumo de energía y las emisiones. Los vehículos híbridos y los eléctricos ayudarán a conseguir estos objetivos. Otro aspecto importante es la reducción del peso en los vehículos, no sólo a través de materiales y estructuras físicas ligeras, sino también por el uso de sistemas de seguridad electrónicos activos que reemplacen las estructuras mecánicas de gran peso. 37

40 La gestión inteligente del tráfico, con sistemas de información y control del tráfico inteligentes, podrán reducir los atascos de tráfico en un 50 % en 2017 (con un ahorro de 50 mil millones de euros). Además, la integración de datos de diferentes sistemas de información de tráfico y del "entorno inteligente" permitirán seleccionar el medio de transporte más óptimo y conveniente (" movilidad sin límites "). Movilidad sin accidentes de tráfico con vehículos Para este caso, las comunicaciones integradas con control de tráfico, sistemas de gestión e infraestructuras ambientales inteligentes, importantes para la optimización de los viajes, reducirán los riesgos, así como mejorará la eficiencia energética y reducirá la contaminación En los vehículos, la combinación de acciones propias del conductor y acciones automatizadas seguirá en continua evolución. Por ejemplo, la utilización combinada de sistemas de detección de peatones, información de diferentes sensores y el uso de electrónica inteligente servirán para advertir al conductor de situaciones concretas e incluso frenar automáticamente o influir en la dirección del vehículo. La comunicación Car2Pedestrian a través de dispositivos móviles influirá en la mejora de la seguridad vial. En el ámbito de la automoción son los aspectos de arquitectura de los sistemas in-car y su ciclo de desarrollo, las comunicaciones y las nuevas funcionalidades que más destacan. ARQUITECTURA Tendencia a integración de buses heterogéneos: TTP y Flex-Ray para la comunicación entre ECUs y sistemas de diagnosis, MOST-V2 para comunicación entre sistemas multimedia, coexistiendo con buses clásicos como CAN o LIN Standard de-facto de arquitectura AUTOSAR Sistemas X-by-wire irán reemplazando progresivamente los actuales sistemas mecánicos/hidráulicos proporcionando soluciones más rentables e interfaces electrónicos para futuros DAS Comunicaciones Aumento de la capacidad de comunicaron del vehículo con el entorno próximo y lejano, definiendo de forma dinámica redes ad-hoc que serán utilizadas entre vehículos y sistemas externos como fondo para sistemas de seguridad activos. 38

41 Concepto de Coche Conectado, vehículo integrado con dispositivos móviles para lograr una interacción bidireccional (Embedded, Tethering, Remote Skin/Terminal). Arquitectura general de sistemas ITS (CALM), a partir de la normativa existente (ISO TC204, standard DSRC, IEEE802.11p), actividades en Europa/Japón y consorcios industriales, como C2C Consortium. Puesta en marcha del Servicio Europeo de Telepeaje (SET), armonizando tecnologías microondas (DSRC), satelital (GNSS, Galileo) y móviles mediante redes públicas: GSM, etc. Wireless LAN: WiFI, Comunicaciones vía satélite, Telefonía móvil de banda ancha, enlace corto: DSRC Nuevas funcionalidades Asistencia a la conducción para el incremento de la seguridad global (activa/pasiva), incluyendo aspectos relacionados con la dirección, aceleración, frenado, mantenimiento de distancias de seguridad, activa, etc. Integración de sensores de detección de condiciones del trazado y climáticas. Interfaces Hombre-Máquina (HMI) deberán facilitar la interacción entre el conductor y los sistemas de a bordo: interfaces de voz, gestuales, gestión y adaptación a perfiles de conducción y estado de ocupantes, etc. Ciclo de desarrollo del sistema Reducción del tiempo y coste de desarrollo: reutilización de componentes Desarrollo e integración basada en modelo. Ciclo: Model/SW/Proc/HW-in-the-loop. Especialización de estándares industriales de seguridad/calidad a automoción: Producto: ISO CD 26262A (IEC-61508) Procesos: AutomotiveSPICE (SPICE) TRANS PO RTE MARÍ TI MO En el ámbito del transporte marítimo son los aspectos de arquitectura y el ciclo del diseño del sistema que se consideran de primordial importancia. Arquitectura Sistemas de control distribuidos Control distribuido basado en agentes inteligentes Redes inalámbricas reconfigurables (ad-hoc) 39

42 Arquitectura hardware provenientes del mundo industrial. Alta disponibilidad y bajo mantenimiento. Configuración automática de las unidades de control (Start-up, reconfiguración e implementación de redundancia) Ciclo de diseño del sistema Integración de la seguridad como un objetivo del diseño en el diseño de barcos Composición de equipos pre-manufacturados y pre-equipados donde los diferentes segmentos pueden ser equipados, testeados y puestos en operación de forma independiente y la integración puede simplificarse SEGURID AD Y DEFENS A En el contexto de aplicación de Seguridad y Defensa son los temas relacionados con sistemas de vigilancia, el uso de vehículos aéreos no tripulados, los sistemas de emergencia, el soporte a la misión, la ciberseguridad y la protección de infraestructuras críticas que destacan por su relevancia respecto a la integración de sistemas empotrados. Sistemas inteligentes de vigilancia Sistemas biométricos: reconocimiento de huellas, facial, del iris/retina, de la voz. Sensores avanzados: radar, NBQR, Infrarrojos, ópticos, acústicos, para: Detección de personas, actividades sospechosas y objetos abandonados. Detección de explosivos, armas y sustancias peligrosas implantados en infraestructuras críticas (transporte, energía ). Trazabilidad de materiales de riesgo. Generalización del uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) para misiones de seguridad Detección y control forestal y cultivos, bancos de pesca, rescates de náufragos Integración de funcionalidades de reconocimiento, identificación e inteligencia (autónoma y colaborativa) Autonomía de operación: eficiencia energética y repostaje Sistemas de ayuda a la evacuación e intervención en estados de emergencia. Aplicación de posicionamiento GPS para coordinación de intervenciones. Integración de sensores en puntos sensibles: túneles, viaductos en detección de incidentes y evaluación de impacto. 40

43 Soporte a la misión Integración de sensórica para la monitorización de constantes vitales. Posicionamiento basado en GPS, radionavegación, mapas guía y smart dust (motas inteligentes), de los diferentes equipos desplegados, para coordinación de misiones. Enlaces de datos de banda ancha inalámbricos para comunicaciones seguras, protección contra ambientes hostiles. Ciberseguridad Protección de intrusos y gestión de accesos mediante sistemas físicos (ej. biometría) Protección de infraestructuras críticas Protección de sistemas SCADA FABRI CACI ÓN Y LO GÍS TI CA En el área de aplicación de fabricación y logística destacan los aspectos de arquitectura y diseño de las aplicaciones, conjunto con el diseño eléctrico de bajo consumo, la seguridad y la explotación de estos sistemas para la aplicación de sistemas empotrados. Arquitectura Protocolos de con alta capacidad de transporte como los buses timetriggered y sus posibilidades de implementación en un hardware optimizado. Mejora de la robustez, confianza y seguridad en los sistemas de control distribuidos heterogéneos Comunicaciones inalámbrica en tiempo real Diseño de redes RFID para escenarios de fabricación logística reales. Diseño de sistemas Estándares IEC (lenguajes de programación de PLC), OPC lenguaje de interoperabilidad de PLCs. Herramientas y modelos para el control del dispositivo a lo largo del ciclo de vida. Integración de la seguridad en PLCs. Mejora de fiabilidad, coste y time-tomarket. Adopción del enfoque de Líneas de Productos Software (SPL) en desarrollo y despliegue. Diseño de electrónica de bajo consumo Consumo energético mínimo para dispositivos inalámbricos operando sin mantenimiento, posiblemente explorando técnicas de micro-generación de energía. Soluciones de baja potencia en sensores 41

44 Sistema de Seguridad Personal Diseñar sistemas de detección de riesgos de manera local: proximidad entre objetos móviles, proximidad entre vehículos y personas... Diseño de sistemas de comunicación limpia entre personas para notificación de mensajes y alarmas Diseño de sistemas de análisis de vídeo para identificación de objetos y posibles situaciones de riesgo. Integración de comunicaciones inalámbricas en lugares con alta interferencia (presencia de metales, motores...), y necesidad gran ancho de banda para imágenes y vídeo Explotación Provisión de datos para mejorar el apoyo a la toma de decisiones utilizando el procesado de señal en los sensores y la exportación de las funcionalidades de los sistemas como servicios. Integración a nivel semántico, mejorando las posibilidades de adaptación y flexibilidad del entorno de fabricación Control distribuido. Aumento de los datos en la información a bajo nivel en el sistema e incremento en la cantidad de acciones automáticas de toma de decisiones a bajo nivel Fabricación flexible para la explotación de variantes de planta). Actualización on-line (HW, SW, funcionalidad, capacidad/escalabilidad) SECTOR AG RO ALI MEN TARIO Las principales áreas de aplicación de sistemas empotrados en el sector agroalimentario son la trazabilidad alimentaria, la agricultura de precisión y la robótica. Trazabilidad alimentaria Cobertura a toda la cadena de valor, comenzando en el nivel de producción primaria, ya sea agricultura, ganadería o pesca hasta llegar al consumidor final. Empleo de códigos de barras y chips RFID con posibilidades de lecturas simultáneas de varios RFIDs y actualización a lo largo de la cadena de consumo. Agricultura de precisión Integración de sensores de captura de parámetros ambientales y del cultivo Implantación de algoritmos adaptativos autónomos para la optimización del consumo de recursos hídricos en cultivos intensivos, extensivos o invernaderos Técnicas de detección remota, contra parásitos y enfermedades de las plantas. 42

45 Sistema de control de herbicida en campos de cultivo Robótica Robótica aplicada en labores repetitivas: recogida y clasificación selectiva según factores de color, dureza, etc. HOG AR Las aplicaciones de sistemas empotrados en ámbito del hogar son cada vez más variopintos y aparte de su uso común en muchos bienes de consumo y aparatos electrodomésticos su aplicación se extiende a La inteligencia ambiental en la oficina, que reconoce a los empleados y les proporciona servicios y sistemas de comunicación adecuados a cada uno, así como seguridad, reconoce a las personas y facilita herramientas de tele-trabajo, etc. La inteligencia ambiental en hogares, edificios públicos y ciudades en general, basándose en redes de sensores y actuadores que respondan a las necesidades de los individuos, anticipándose a estas y posibilitando una sociedad más segura, limpia y civilizada La integración de sistemas para mejorar el confort y la calidad ambiental en hogares y espacios públicos cerrados (térmico, acústica y olfativa) Los medios de concienciación-información del usuario, sistemas de apoyo a la decisión desde el punto de vista del ahorro energético que guíen y actúen sobre los sistemas, de forma que el entorno se ajuste a los parámetros de confort seleccionados mientras gestiona de forma óptima los recursos disponibles. Los sistemas de posicionamiento local para aplicaciones orientadas a la inclusión de personas mayores o discapacitadas BIENES DE CONSUMO La aplicación de sistemas empotrados en bienes de consumo está en primer lugar relacionado con La adaptación de oferta de productos de consumo a través de razonamiento semántico en base a características específicas del consumidor final. La televisión capaz de acceder a todos los contenidos de Internet de forma fácil y segura, reaccionar de forma inteligente a las preferencias del usuario y seleccionar sólo aquellos contenidos de interés para el espectador en función del contexto. La nuevas formas de multimedia en el hogar: Televisión Terrestre Digital a través de la oferta de diferentes productos adaptados al televidente. 43

46 Plataforma para la interacción de un amplio legado de dispositivos orientados al ocio y bienestar del ciudadano en diferentes entornos. Televisión Terrestre Digital (TDT) como nuevo canal para la comunicación entre consumidores y proveedores. SECTOR SAL UD El sector de la salud es una de las áreas con mayor potencial para la aplicación de sistemas empotrados, particularmente por la alta importancia de reducir los costes del sector, requisito imprescindible para poder afrontar el creciente envejecimiento de la población en la Comunidad Europea en el futuro. La asistencia sanitaria está bajo presión debido a los desafíos demográficos y económicos - un número cada vez mayor a nivel mundial de los pacientes con enfermedades crónicas - que conduce a altos costos de atención médica y a falta de personal. Esta situación requiere nuevos métodos para poder atender a más pacientes dentro de un rango de costes de salud aceptables, manteniendo la calidad del servicio de atención. El cuidado de la salud puede ser más rentable, si se mejora la calidad de la atención y se acorta el tratamiento médico y la estancia hospitalaria a través del cuidado en el hogar, el diagnóstico precoz y la prevención, la imagen de intervención guiada para cirugía mínima invasiva y un trato personalizado con el apoyo de los sistemas de soporte de decisión validada. Un objetivo clave de la economía es la reducción del costo de la hospitalización y el seguimiento de las personas mayores que requieren atención médica prolongada. Las aplicaciones de los sistemas empotrados se refieren a: La red en el mundo hospitalario, no sólo dentro del propio centro, sino también extendido a la asistencia doméstica a pacientes (e-health) en base a equipamiento médico portátil dotado de sistemas empotrados y comunicación que permitan la identificación continua del personal médico y de los enfermos, acceso móvil a bases de datos e información, vigilancia de los enfermos, etc. El soporte TIC al despliegue de soluciones AAL (Ambient Assisted Living) Mejora y uso de bio-sensores, múlti-parámetros y redes de tele-monitorización que permitan realizar un diagnóstico precoz y prevención de enfermedades, incluso antes de que los enfermos presenten síntomas a través de análisis in vitro o análisis in-vivo de muestras biológicas (sangre, saliva, sudor, etc. ) y parámetros (patologías cardiovasculares y respiratorias). Pruebas altamente confiables (detectores de imagen mejorados) identificarán a aquellas personas predispuestas a ciertas enfermedades, lo que les permite entrar en los programas de prevención para la identificación temprana de la enfermedad. El tratamiento posterior de la imagen debe ser avanzada para 44

47 comparar grandes cantidades de imágenes entre sí y con las imágenes "estándar". La Intervención y Terapia guiada por imagen (IGIT) aumentará la productividad y la eficacia en el cuidado de la salud y reducirá el riesgo del paciente mediante el apoyo a profesionales de la salud para la utilización de cirugía mínima invasiva. La Intervención y Terapia guiada por imagen consiste en el diagnóstico médico, la planificación y el tratamiento de pacientes a través de la colocación de dispositivos de diagnóstico y terapéuticos tales como catéteres y stents en el interior del cuerpo humano, habilitados por análisis de imagen médica y métodos de navegación. La gestión de datos y provisión de servicios, alarmas y toma de decisión, de forma securizada a diferentes niveles (corporal, domicilio y remota) y según diferentes tiempos de respuesta. La red debe ser inteligente y no transmitir falsas alarmas. Además, la infraestructura tiene que estar preparada para pre-procesar los datos antes de presentarlos a los profesionales médicos de una manera concisa. El diseño de nuevos protocolos en red ad-hoc para la gestión de la fiabilidad, confiabilidad y privacidad de la información crítica sobre las nuevas topologías de sensores y nodos. El uso de sistemas de apoyo a las decisiones clínicas (CDS), que son programas interactivos diseñados para ayudar a los médicos y otros profesionales de la salud con las tareas de toma de decisiones, ayudando con las tareas que se basan en la manipulación de datos y de conocimientos. La interoperabilidad entre redes de sensores/actuadores y aplicaciones móviles, servicios de hogar y remotos para el intercambio de información en tiempo real; integración con estándares médicos (IEEE 11073, HL7 and CCR, CCD). La adaptación del modelo estándar de fusión de datos para la extracción de conocimiento de alto nivel, estado del paciente y/o contexto, mediante la integración de datos provenientes de fuentes heterogéneas, atenuar ruidos y gestionar la incertidumbre implícita al sistema. Los nuevos tipos de sensores/actuadores, facilitados por los avances en análisis genético y biomolecular y las capacidades de despliegue (implantación, absorción, intravenosa, etc.) Las capacidades de plug-and-play y reconfiguración autónoma. Los principales desafíos son la toma de decisiones basadas en datos agregados de diferentes conjuntos de datos, como imágenes, diferentes datos de sensores, o combinaciones de los mismos. Además, esta información puede estar contaminada con un nivel de ruido de gran tamaño. Muchas 45

48 decisiones del profesional de la medicina deben ser tomadas en tiempo real, o con una latencia corta. E-PAYMEN T El uso de sistemas empotrados en el contexto de los medios de pago electrónico está indicado principalmente para los aspectos de Autentificación y perfiles de acceso a servicios, redes y dispositivos. Securización de redes de comunicación y comunicaciones inalámbricas Compra/Venta securizada en Internet utilizando tecnologías de identificación digital. Creación y gestión amigable, fiable y segura de identificación personal como firma electrónica. ENTORN OS MÓVILES El contexto de aplicación de Entornos móviles se refiere a entornos inteligentes que se comuniquen con los dispositivos móviles con el objetivo de identificarnos y adaptarse a nuestras preferencias, ayudarnos a la toma de decisiones y mejorar la calidad de vida del ciudadano en general. En este contexto destacan las aplicaciones de sistemas empotrados para el desarrollo de: Comunicadores multiplataforma de bajo peso, volumen y coste con posibilidad de conmutación entre varias redes telefónicas, radio, etc. Sistemas cooperativos en el terreno de transporte, permitiendo que personas, vehículos e infraestructura se comuniquen y cooperen de forma automática, siendo 'conscientes' del contexto en que se encuentran en cada momento. Sistemas de realidad aumentada móvil, sobreimpresión en imagen tiempo real de información turística relevante al usuario, mediante el reconocimiento del contexto y acceso a bases de datos distribuidas. SOS TENI BILID AD El tema de la sostenibilidad en sus diferente vertientes cobra cada día más importancia, debido a los recursos limitados de los que disponemos en el planeta. Es imprescindible lograr una mayor sostenibilidad en muchos aspectos, con el uso responsable de la energía y la reducción de emisiones CO2 como dos de los campos más destacados en este contexto. Energía SmartGrid doble flujo: de energía eléctrica e información. Sistemas empotrados integrados para la monitorización, protección y automatización de las operaciones de la red eléctrica 46

49 La integración vertical abarca desde los generadores centrales y distribuidos, pasando por la red de alto voltaje y el sistema de distribución, hasta las industrias usuarias, instalaciones de almacenamiento energético, y clientes finales (con sus calderas domésticas, vehículos eléctricos, edificios, mobiliario urbano, electrodomésticos...). Generación distribuida: Integración de la diversidad de tecnologías de generación eléctrica de tamaño reducido y dispersas, fundamentalmente energías renovables y la cogeneración, con la red. Redes activas: inteligencia en los elementos de la red Tele-gestión de la demanda: Integración de medida, telecomunicaciones y sistemas de información con flujo bidireccional entre el usuario y el ofertante. Nuevos conceptos en dispositivos empotrados para sistemas de control que aseguren la estabilidad de las redes de transmisión y distribución de energía en escenarios con integración de generación distribuida. Sistemas de sensores pasivos inteligentes de bajo coste que permitan de forma económica la realización de medidas inalámbricas en entornos locales como subestaciones eléctricas. Desarrollo de nuevos algoritmos de control para la optimización de redes de energía con generación distribuida Los sistemas empotrados para la optimización y el mantenimiento preventivo de las infraestructuras de generación Dispositivos electrónicos como interfaz de medios de almacenamiento energético Tecnologías inalámbricas seguras para el control de infraestructuras energéticas Dispositivos de control dedicados a sistemas aislados Sistemas empotrados avanzados de algoritmos predictivos aplicados a la generación basados en condiciones de contorno local Eficiencia energética, optimización de algoritmos de control y toma de decisiones (Identificación de caídas de potencia/trazas de fallos, faltas y cortes, análisis de cargas y perturbaciones, calidad de la potencia) Sistemas de Análisis de imágenes aplicados al control de infraestructuras Sistemas de mantenimiento predictivo para parques de aerogeneradores, a partir de la adquisición y procesado de señales provenientes de acelerómetros, sondas de corriente, de temperatura y de viscosidad Green Car 47

50 Dispositivos empotrados para la gestión de flujo bidireccional de energía vehículo-red (gestión de almacenamiento, nodo positivo en periodo de punta, recarga y tarificación) Conexión vehículo a red (V2G) bidireccional / Vehículo Híbrido conectable a Red (Plug-in HEV o PHEV) Sistemas Inteligentes para la gestión de acumuladores Gestión de puntos de carga y sistemas de información y comunicación Sistemas de tele-medida para dispositivos móviles (vehículos) Desarrollo de elementos auxiliares de bajo peso y alta eficiencia energética para, gestión de aire acondicionado/calefacción, control de luces, control de micro-generación, acumuladores y gestión de sensores Edificios y Metrópolis La generación de energía distribuida (y localizada), el almacenamiento, distribución y gestión, el suministro de agua y la gestión de residuos serán controlados de forma eficiente por redes de servicios conectados basados en sistemas empotrados ubícuos. Estas redes de sistemas empotrados combinarán redes individuales de los hogares y oficinas del futuro con las redes de los edificios inteligentes de los alrededores hasta llegar a comunicar ciudades y regiones enteras. Sistemas de control para la micro-generación y el almacenamiento en edificios Despliegue de sistemas empotrados para tratar edificaciones como nodos positivos de red contribuyendo al modelo de generación distribuida Eficiencia en edificios: Sistemas de iluminación eficiente, Calefacción y aire acondicionado eficientes, Motores eficientes y con velocidades variables, Sistemas de control de energía centralizados Sistemas de monitorización y control integrados en edificios y hogares para infraestructuras básicas de agua, gas y electricidad Medición, tiempo de uso y tarificación en tiempo real, gestión de medidas, monitorización de la calidad de servicio, gestión de las paradas y presentación de información al usuario Dispositivos empotrados en las infraestructuras de iluminación y señalización pública orientados a la eficiencia energética en términos de rendimiento y control Sistemas de control y gestión para la micro-generación distribuida en mobiliario urbano 48

51 Medioambiente Sistemas Inteligentes (Wireless Sensor Networks) para monitorización de hábitats terrestres, incluyendo cuencas hidrológicas, y marinos de fácil despliegue y repliegue y totalmente autónomos, con capacidad de adaptación y tolerancia a fallos (arquitecturas nodo-agente para el despliegue de zonas aisladas) Monitorización de incendios forestales con predicción del avance del frente de llama y posicionamiento del frente instantáneo y medición de variables meteorológicas y previsión del fenómeno de inversión térmica Sistemas de tele-gestión distribuido con características de seguridad y alta disponibilidad que permita computación ubicua y una interoperabilidad real entre dispositivos que lo integran, mediante una concepción orientada a objetos y adoptando los estándares internacionales actuales INFRAES TRUCTURA PÚBLI CA La sostenibilidad en el ámbito del contexto de aplicación de infraestructuras públicas se refiere a la disponibilidad y seguridad de las infraestructuras críticas, incluyendo las telecomunicaciones, del transporte y de las utilities, asegurando la provisión de servicios de información críticas. La protección en las redes de producción, almacenamiento y provisión de servicios públicos es un factor importante, que entre otras cosas requiere de sistemas avanzados de monitorización de redes, sistemas, personas y mercancías, incluyendo la fusión de grandes volúmenes de información. Gestión de entorno urbano Conectividad entre diferentes dispositivos presentes en el entorno urbano Soporte al mantenimiento predictivo siguiendo una aproximación holística (iluminación, fuentes de energía, agua, comunicaciones, etc.). Mantenimiento preventivo, gestión eficiente de incidentes. Sistemas para la gestión de drenaje - Sustainable Drainage Systems (SuDS) Eficiencia energética en los productos y sistemas (HVAC, RES, SmartLighting y sistemas de gestión energética en edificios). Redes de Transporte Gestión de tráfico viario. Comunicaciones de todos los sistemas de un vehículo en red para comunicarse con otros vehículos y otros agentes externos Sensores incorporados en señales/semáforos para la captura de información relevante para los sistemas ITS Sistemas de apoyo a la decisión en planificación y gestión de tráfico y movilidad urbana e interurbana 49

52 Medios de pago avanzados (tele-peaje, peaje en sombra, TSCs, Chip). Telerecepción de rutas y aprendizaje de trayectorias V.c Clasificación de Tecnologías Recientes investigaciones realizadas sobre las aplicaciones han sacado a la luz varios aspectos a tener en cuenta en los sistemas: importancia de la interoperabilidad, la autonomía del sistema, las redes de trabajo - incluyendo el uso de Internet - y la consideración de criticidad para la obtención sistemas más fiables. Para tener sistemas más fiables que garanticen su interoperabilidad, incluso en presencia de degradación de la red o fallo temporal y su operativa, serán los Sistemas Empotrados quienes aporten tales características y por ello deban ser más autónomos y robustos. Para lograr esto, se impondrán enormes desafíos en el diseño, el funcionamiento y la interoperabilidad de los Sistemas Empotrados, ya sea en software, electrónica, sensores, actuadores o una combinación de éstos. Para ayudar a resolver esto, se plantean dos grupos paralelos de objetivos de investigación impulsados por la industria: La investigación sobre la tecnología: que ofrecerá soluciones completamente nuevas a las barreras técnicas que obstaculizan el progreso hacia las metas de los contextos de aplicación. Las soluciones técnicas que forman la base del desarrollo de los objetivos industriales pre-competitivos, combatiendo la complejidad de los nuevos sistemas, a través de mejoras en el diseño e implementación de procesos y herramientas. Es por esto que se distinguen tres áreas principales de investigación: Diseños y arquitecturas de referencia Conectividad e interoperabilidad sin fisuras Los métodos de diseño y herramientas Los principales temas de investigación para cada uno de estas áreas, se definen junto a los principales retos para la investigación tecnológica, tales como: arquitecturas, interoperabilidad, sistema de sistemas, seguridad, fiabilidad, entornos inteligentes, gestión del consumo de energía y criticidad mixta. Los dominios tecnológicos y los retos que se plantean en los sistemas empotrados son: Open Internet 50

53 Robustez, autonomía y sistemas críticos mixtos. Experimentos de la vida real en Living Labs Diseño y Arquitectura se Sistemas Empotrados Sistemas de sistemas Interoperabilidad semántica Certificación para criticidad mixta y certificación modular Seguridad (safety & security) Consumo de energía V.c.1 Arquitecturas y Diseños de Referencia Plataformas Hardware Definición de familias arquitectónicas HW/SW de referencia flexibles para cubrir necesidades de un rango amplio y variado de sectores y dominios de aplicación (normativas) y contexto/requisitos de explotación SoC y NoC (Network on Chip) colaboración entre procesadores MPSoC (Multi-Processor System-on-chip). Potencia de cálculo obtenida por escalabilidad especial. Gestión de IPs, estándares específicos para sistemas cooperativos (IP- XACT, SPIRIT, MAPI). Sistemas de altas prestaciones integrando elementos heterogéneos: Micros, DSPs y FPGAs Incrementar la miniaturización de sistemas en base a tecnologías diversas (diseños híbridos) Reducción de consumo energético Seguridad y Confiabilidad Incrementar la seguridad y tolerancia a fallos de las nuevas arquitecturas de sistemas con inteligencia empotrada Diseño de Arquitecturas de control y comunicaciones de acuerdo a SIL4 Aproximación certification-by-design. Concepto de assurance case y certificación modular. Diseño modular basado en componentes Soporte para diagnosis, autodiagnóstico y mantenimiento. Seguridad de datos en transmisiones a diferentes niveles. Sistemas inteligentes para gestión de amenazas relativos a la seguridad lógica de los sistemas 51

54 Sensores y Actuadores inteligentes/autónomos Desarrollar, implementar y proporcionar sensores y actuadores o efectores inteligentes para sistemas distribuidos que cubran áreas de aplicación industrial como Control de procesos, cooperación entre agentes robotizados y vehículos autónomos, industria del transporte (aéreo, marítimo, terrestre) y fabricación. Sensores/actuadores "inteligentes", que puedan por sí mismos establecer ruta de comunicación con la estación de captura de datos, evaluando alternativas en caso necesario, o actuando como router para otros sensores. Diseño de circuitos de muy baja potencia para aplicaciones que se pueden implantar en el cuerpo humano. Técnicas de captación de energía ambiental (energy-harvesting) para sensores y dispositivos inteligentes Sistemas Tiempo Real Networked Real-Time Embedded Systems implementados sobre arquitecturas distribuidas heterogéneas, en términos de componentes HW/SW, protocolos de comunicaciones y políticas de planificación. Composición de sistemas y funcionalidades time/event-driven Desarrollo de sistemas operativos y middleware tiempo-real certificados Sistemas operativos ligeros para los nodos en las Redes Sensoriales Inalámbricas Control Avanzado Sistemas de control de altas prestaciones basado en integración de diferentes técnicas y capacidades de adaptación Métodos y filtros para procesamiento de señal multi-paramétrico y fusión de datos Cyber-physical Systems (CPS) Sistemas empotrados interconectados, que colaboran entre sí incluyendo la Internet of things, proporcionando nuevos servicios y modelos de negocio. Nuevos métodos de control en redes complejas, aplicados a redes de sensores, Smart Grids o gestión de tráfico (Control intensive CPS). Provisión de servicios inteligentes (Smart Services) en dispositivos mediante su integración con infraestructura (software and communication intensive CPS). 52

55 Algoritmos de reparto de carga computacional entre dispositivos de campo y servicios en la nube. Arquitecturas innovadoras de computación Computación cuántica, aplicada principalmente en seguridad (criptografía). General-Purpose Computing on Graphics Processing Units (GPGPU) y combinaciones híbridas (GPUs y MPSoC). Arquitecturas bio-inspiradas en nuevos ámbitos de aplicación Dispositivos híbridos Integración de nano-electrónica, bio-ingeniería y electrónica en ámbitos como la salud y medioambiente, aportan nuevas posibilidades de cara a la bio-compatibilidad de materiales, fiabilidad y disipación de potencia. En concreto, en las siguientes aplicaciones: Implantes/prótesis, disminuyendo posibilidades de rechazo, degradación y perdida aséptica de componentes Lab-on-chip, capaces de detectar diferentes variedades de compuestos químicos, minimizando el tiempo de análisis, consumo bajo de muestra y reactivo. V.c.2 Conectividad, Middleware e Interoperabilidad Comunicaciones y protocolos Protocolos emergentes de comunicaciones Comunicaciones móviles empotradas de alta velocidad Técnicas de streaming y difusión de contenidos multimedia sobre sistemas empotrados Protocolos de gestión interoperable distribuida de sistemas empotrados Seguridad y cifrado en comunicaciones empotradas Protocolos de coordinación del espectro y algoritmos para redes de radio cognitiva Comunicaciones inalámbricas (GSM/GPRS, WiFi, Bluetooth, RFID) Nuevas arquitecturas de red Integración/interoperación protocolos de red WAN, LAN, PAN (IPv6). Aseguramiento de la calidad de servicio en redes heterogéneas. Modelos de comunicación masiva redes de sensores. Protocolos de pares y arquitecturas de red altamente distribuidas (Grid) 53

56 Técnicas que aseguren la privacidad y la protección de contenidos en entornos dinámicos y distribuidos Redes auto-administradas y auto-configurables Plataformas middleware y arquitecturas de servicios empotrados Interoperabilidad de plataformas de redes y servicios Diseño de redes de automatización domótica e industrial Plataformas (middleware) auto-administradas con soporte a la heterogeneidad Adaptación transparente a los recursos, contexto físico y lógico Integración de sistemas empotrados en los procesos de negocio Tecnologías de Servicios Supervisión y control remoto, con la aplicación de técnicas semánticas Ontologías y Web semántica en el contexto de sistemas distribuidos en tiempo real. Tecnologías de accesibilidad, adaptación al usuario (ej. wearable computing) y sistemas biométricos Plataformas de servicios telemáticos específicos para la e- administración, banca, salud, etc. Virtualización de los recursos de computación y almacenamiento en el entorno de Internet (Cloud Computing) Sistema gestor de eventos en flujos con grandes volúmenes de eventos complejos Servicios pervasivos de localización para la inclusión de personas mayores o discapacitadas Gestión Compleja de Datos Fusión de datos avanzada en integración de contenidos distribuidos heterogéneos: diferentes fuentes y dinámica de captura (sensores, cámaras), muestreo (tiempo real, almacenada) y algoritmos de tratamiento. Aplicaciones operativas de la inteligencia artificial: reconocimiento y descubrimiento de patrones, predicción, análisis espacio-temporal, soporte a toma de decisiones, autonomía de decisión, sistemas autónomos basados en agentes Interfaz de Usuario Filtrado de información e interfaces de usuario avanzados: lenguaje natural, Traducción de alta calidad, avatares, procesamiento semántico de mensajes. Adquisición de conocimiento a partir de la interacción, generación de perfiles, modelos paramétricos de comportamiento y actividad. 54

57 Recuperación, transporte y liberación de información basada en conocimiento V.c.3 Métodos y Herramientas para el Diseño de Sistemas Desarrollo de nuevos métodos y herramientas de ingeniería de sistemas para el desarrollo de sistemas empotrados y de tiempo real Model-driven Engineering. Evolución del entorno industrial al uso de modelos como base de la ingeniería es clave para el desarrollo de productos de alta calidad con productividades altas Verificación temprana e incremental del sistema Autogeneración de sistemas completos a partir de modelos de sistemas Optimización de recursos, de cómputo, de tiempo, espacio, energía Cobertura del ciclo de vida de producto completo (mecánica, eléctrica, electrónica, etc.) Modelos y formatos estandarizados de intercambio e integración Producción de software de forma industrial. Incremento de la reutilización sistemática siguiendo la aproximación de líneas de productos de los diferentes productos de desarrollo: requisitos, diseño, código, pruebas Alineamiento entre los ciclos de desarrollo y certificación del sistema Entornos de desarrollo flexibles según procesos y metodología de soporte Asegurar la trazabilidad y consistencia de los requisitos tanto funcionales como extra-funcionales a lo largo del ciclo de vida del proyecto basada en la formalización de los requisitos. Mejoras en el ciclo de diseño de sistemas empotrados complejos sobre dispositivos reconfigurables FPGA de gran capacidad. Ingeniería de Requisitos Asegurar la trazabilidad y consistencia de los requisitos tanto funcionales como extra-funcionales a lo largo del ciclo de vida del proyecto basada en la formalización de los requisitos. Proceso iterativo, integrado con proceso de gestión de cambio y evaluación de impacto. Integración de diferentes lenguajes de especificación de requisitos, asegurando: 55

58 Expresividad, basada en lenguaje natural estructurado Formalización, permitiendo razonamiento o evaluación de completitud y/o consistencia automática y validación temprana a nivel de requisitos (test de validación, simulación, prototipos) Transformaciones entre lenguajes naturales / semi-formales y formales Formalización de contratos e identificación de riesgos Integración de métodos/lenguajes generales y específicos de dominio Reutilización formal de sistemas basada en requisitos Herramientas de modelado arquitectónico Técnicas y herramientas para la optimización arquitectónica según propiedades extra-funcionales. Técnicas, métodos y herramientas para guiar, optimizar y generar la arquitectura de sistemas dirigidos por los requisitos de negocio y criterios de operación (coste, seguridad, fiabilidad). Optimización del flujo de diseño y V&V&C Verificación formal de modelos de sistemas que permitan validar el sistema en fase de diseño Verificación y optimización global del HW y SW siguiendo la aproximación de co-diseño Simulación virtual antes de la integración del sistema mecatrónico completo Simulación y emulación en software del hardware, que permita desarrollo sin contar con el hardware definitivo Mejora de las técnicas de análisis safety (FTA, FMEA, CCA,...), seguridad y consumo energético Verificación en modelos heterogéneos de computación/comunicación distribuidos Sistemas y procedimientos de ensayo de software eficaces y fiables Generación automática de casos de prueba y test de validación. Herramientas de soporte a la certificación / re-certificación de sistemas y gestión de la conformidad de estándares industriales. Diseño orientado a componentes Métodos y herramientas que faciliten el uso intensivo de componentes COTS de terceros. Entornos de integración avanzados. Conectividad de equipos de seguridad de distintas tecnologías. 56

59 Desarrollo de protocolos de estandarización de los interfaces entre diferentes dispositivos Repositorio de componentes, presentando diferentes vistas Funcional (requisitos) Diseño (modelos, interfaces, dependencias) No-funcional (rendimiento, QoS, WCET, Consumo ) Evaluación de costes en la asignación de niveles de fiabilidad de componentes Desarrollo de sistemas Aml Entornos de soporte para el ciclo completo de desarrollo abordando aspectos semánticos Generación de interfaces, entre dispositivos y/o humanos, a partir de modelos de interacción Metodologías para el desarrollo rápido y verificado de sistemas basados en Redes Sensoriales Inalámbricas Generación de ejecutables multiplataforma (NoTA Open Architecture, OSGi, ) Ingeniería de Seguridad Métodos y herramientas para el desarrollo de sistemas confiables desde su concepción: modelado y trazabilidad, verificación y certificación de requisitos de seguridad. Integración de estándares y mecanismos a diferentes niveles de sistema (chip, placa, redes) para la cobertura de los requisitos de seguridad. Herramientas de soporte para la codificación a fin de detectar y evitar riesgos y vulnerabilidades Disponibilidad de certificaciones estándares que acrediten el producto (HW/SW/FW) integrado, el proceso de desarrollo y capacidades de los desarrolladores. 57

60 V.d Mapeo de Tecnologías y Contextos de Aplicación La siguiente tabla muestra la aplicabilidad y relevancia de las diferentes tecnologías enumeradas en la sección V.c en y para los contextos de aplicación descritos en la sección V.b. TABLA 2: MAPEO ENTRE TECNOLOGÍAS Y CONTEXTOS DE APLICACIÓN 58

61 VI. MICRO-NANO ELECTRÓNICA Por evolución histórica y de política científica y de innovación el concepto de micro y nano-electrónica abarca un significado sensiblemente más amplio que el que cabría suponerle en un principio. En efecto, va más allá de la pura evolución tecnológica de los circuitos integrados de Silicio que se puso en marcha en los años 50 del siglo pasado, y está relacionado de forma más general con las micro-nanotecnologías, para la fabricación de dispositivos, componentes, subsistemas y sistemas, que aun guardando relación con lo electrónico, trascienden muchas veces el ámbito de la pura electrónica. Por su aplicabilidad transversal, la micro y nano-electrónica, es junto a la fotónica, una de las dos tecnologías TICs reconocidas como Tecnologías Habilitadoras Esenciales, KETs en inglés. Las otras KETs (fuera del ámbito TIC) son la nanotecnología, los materiales avanzados, la biotecnología y la manufactura avanzada. Como parte integral de las TIC, la micro y nano-electrónica juega un papel distinguido en el Pilar 2 del H2020, el conocido como LEIT (Leadership in Enabling & Industrial Technologies), y, en cierto sentido, soporta la cadena de valor de las TIC en general. Por ello, ha sido, además, objeto de una reciente iniciativa europea: la Estrategia Europea de Componentes y Sistemas Micro y Nano-Electrónicos. Esta estrategia está llamada a impulsar estas tecnologías y a cambiar el panorama de la colaboración público-privada en este ámbito. De hecho, uno de sus elementos clave es la nueva JTI ECSEL (Electronics Components and Systems for the European Leadership) que unifica las JTI ENIAC y ARTEMIS, y además incorpora los objetivos estratégicos de la plataforma europea EPoSS en el campo de la Integración de Sistemas Inteligentes, que viene a ocupar un espacio intermedio entre las dos JTI preexistentes. VI.a Sectores de Mercado El ámbito de micro-nano tecnologías se dirige principalmente a los siguientes segmentos de mercado: Promotores de TIC/micro y nano-electrónica: Administraciones Públicas, asociaciones de PYMES y otras organizaciones interesadas en promover la competitividad a través del valor añadido de las micro- y nano-tecnologías en una determinada área sectorial y/o geográfica. Contratistas de TIC: Empresas cuyo negocio puede verse mejorado por la inclusión de micro y nanotecnologías en sus productos, pero no necesariamente desarrollan sus propias soluciones. En determinados casos, estas empresas adquieren o subcontratan las soluciones de TIC/micro y nano-electrónica. 59

62 Desarrolladores de TIC/micro y nano-electrónica: Empresas que desarrollan e integran micro y nanotecnologías en productos genéricos o a medida como parte clave de su negocio. Los sistemas resultantes son comercializados a terceros o utilizados internamente. La estructuración del mercado en el ámbito de la micro y nano-electrónica quedará más clara en la sección VI.c.6 una vez se hallan descrito los diferentes ámbitos tecnológicos que configuran este sector tan transversal. El desarrollo de las micro- y nanotecnologías para las aplicaciones puramente digitales tiene una cadena de valor bien establecida en torno a la industria semiconductora. Este es un sector estratégico de alta tecnología que no está representado en nuestro país. Sí que existen, sin embargo, casas de diseño capaces de diseñar chips a medida (ASICs) con los requisitos de las tecnologías punteras ofrecidas por foundries europeas o fuera de nuestro continente. En el caso de aplicaciones no puramente digitales, este mercado todavía no ha hecho su gran eclosión y su cadena de valor está menos estructurada, por resultar más compleja, transversal y fragmentada. Estas soluciones se dan a nivel de sistemas, por lo que en teoría dentro de la cadena de valor pueden darse empresas proveedoras de componentes y empresas integradoras de sistemas. Es una situación relativamente común que muchas de las empresas de este ramo sean spinoffs o start-ups originadas en centros de investigación o departamentos universitarios dedicadas a la integración vertical de micro y nano-sistemas orientados a determinados nichos de mercado. El campo de las micro y nanotecnologías es un campo muy dinámico en el que la I+D es consustancial y muy específica. Es de especial relevancia el papel que deben jugar las pocas infraestructuras científicas y técnicas de nuestro país, capaces de sustanciar este tipo de desarrollos en sus etapas iniciales de desarrollo y de prototipado. Este tipo de soluciones pueden ser de gran valor para sectores como la automoción, la manufactura, la salud, la agroalimentación y la gestión de la energía y otros recursos, pero aún es preciso un mejor conocimiento mutuo entre estos sectores y los desarrolladores de micro y nanotecnologías; una labor a la que deben contribuir las administraciones públicas, las propias plataformas tecnológicas involucradas y los propios agentes de I+D. VI.b Contexto de Aplicación El campo de aplicación de las micro- y nanotecnologías va más allá de la industria de semiconductores y es de naturaleza transversal. Las agendas estratégicas vigentes tanto de ENIAC (micro componentes de Silicio) como EPoSS (microsistemas integrados) se hacen eco de ello y mencionan campos de aplicación prioritarios. Aunque estos campos se armonizarán sin duda en un futuro próximo con los Retos Sociales identificados en H2020, los ahora existentes no andan muy 60

63 desencaminados. Por ejemplo, en ENIAC los grandes campos de aplicación apuntados son: Automoción y transporte, con especial atención al vehículo eléctrico inteligente, a la seguridad activa en los vehículos y viaria, y gestión cooperativa del tráfico. Comunicaciones y estilo de vida digital, con especial atención a los servicios multimedia e internet (sociedad de banda ancha), la evolución digital en el consumidor (electrónica de consumo multifuncional), redes auto-organizativas (aplicaciones cognitivas multi-banda y multi-modo) y convergencia de alcance corto (RFID, NFC). Eficiencia energética, con especial atención a la generación eficiente y sostenible de energía, a la distribución y gestión inteligente de la energía - Smart Grid, y a la reducción del consumo energético. Salud en una sociedad que envejece, con especial atención al cuidado de la salud en el propio domicilio (prevenir la hospitalización), en el hospital (reducir el coste y el tiempo de hospitalización) y el cuidado de la salud heurístico (reducción del tiempo de las analíticas y del tiempo de desarrollo de especialidades farmacéuticas). Seguridad y confiabilidad, con especial atención a la seguridad de las personas, como ciudadanos y como consumidores, a la seguridad de infraestructuras y e- infraestructuras críticas para Europa, y a la confiabilidad y privacidad TIC. Y en el caso de EPoSS se distinguen las siguientes aplicaciones prioritarias (que no únicas): Transporte y movilidad, con especial atención al automóvil, el tráfico, la navegación, y la infraestructura viaria y la señalización. Salud y bienestar, con especial atención a la monitorización y el diagnóstico, el tratamiento y la intervención quirúrgica, los procesos in-vitro, los implantes y la telemedicina. El campo de la manufactura, con especial atención a la instrumentación y maquinaria inteligente, el control de proceso, la robótica y automatización, la instrumentación de prototipado, y el test y la inspección. Comunicaciones, con especial atención a la comunicación óptica, la inalámbrica, las redes móviles y sus interfaces de usuarios, y la RFID y la Internet of Things. Energía, con especial atención al campo de la iluminación eficiente, la generación de combustibles fósiles, gas y petróleo, energía nuclear, renovables y la distribución, almacenamiento y uso de la energía. 61

64 El campo aeroespacial, con especial atención a la aviónica y sistemas de control, guiado y navegación, monitorización de la salud estructural, y el sensado remoto. Medioambiente, con especial atención al control de polución, gestión de ambientes y entornos habitados, clima y tiempo meteorológico, y al reciclado y re-uso. VI.c Clasificación de Tecnologías De forma amplia, la micro- y nano-electrónica puede estructurarse en tres dominios de actuación, que son los de Más Moore, Más allá del CMOS, Más que Moore, (y otros tantos ámbitos colaterales: Integración Heterogénea, Materiales e Infraestructuras y Automatización de Diseño ), en alusión a la tecnología dominante en el mundo de los microchips, el CMOS, por su integrabilidad y bajo consumo, y a la ley de Moore, que define el progreso en el ámbito de micro-nano tecnologías a través del grado de miniaturización conseguido. En 1965 Gordon E. Moore postuló su conocida ley que predecía un crecimiento exponencial de la complejidad de circuitos que se podría lograr mediante el escalado de la tecnología de semiconductores. Se trata de un argumento económico que establece que el coste de las funciones digitales implementadas en obleas de Silicio se divide por dos cada dos años aproximadamente. Este argumento ha permitido y guiado la expansión de la industria Microelectrónica hasta la fecha. Por otra parte, la identificación de los parámetros clave y retos tecnológicos en la industria semiconductora se publican en el International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS, El ITRS es un foro global que agrupa fabricantes de semiconductores, de equipos y de materiales, institutos y universidades. La información que proporciona anualmente juega un papel importantísimo para determinar la agenda tecnológica del campo semiconductor. En las últimas cinco décadas, dos desarrollos tecnológicos han fundamentado la Ley de Moore. Se trata de la continua reducción de la mínima dimensión que se puede implementar en Silicio (de los 15 micrómetros en 1965 a los menos de 40 nanómetros en la actualidad) y del continuo aumento del diámetro de las obleas de Silicio (de los 25 mm a los 300 mm en el mismo periodo de tiempo, estando las obleas de 450 mm actualmente en consideración). En este sentido, la Ley de Moore también está detrás del continuo crecimiento de la capacidad de almacenamiento de datos y de potencia de cálculo de la electrónica de consumo al alcance del gran público. Todas las actuaciones que se encuadran en el refinamiento de las tecnologías CMOS con el ánimo de proseguir con su senda de miniaturización y multiplicación son la que se circunscriben en el ámbito Mas Moore 62

65 Por otra parte, estos dispositivos electrónicos, que actúan como cerebros miniaturizados, tienen que ser capaces de interaccionar con el entorno de manera inteligente. Es decir, los futuros sistemas micro- y nano-electrónicos deberán tener oídos, ojos e incluso brazos y piernas. Necesitarán interacciones no eléctricas, tal como la capacidad de interacción con el usuario. Las tecnologías de la Ley de Moore ya han desarrollado circuitos digitales que representan los primeros pasos hacia la integración de estas funciones en Silicio. Sin embargo, gran parte de las estructuras semiconductoras asociadas a dichas funciones no se escalan de acuerdo a la mínima dimensión integrable en Silicio, como en el caso de los circuitos digitales. Ejemplos de interacción no eléctrica a escala micrométrica los encontramos en los MEMS (Micro- Electro-Mechanical Systems). Un ejemplo cotidiano son los acelerómetros de los airbag de nuestros automóviles. El paso más allá de los sensores (y los actuadores) son los micro- y nano-sistemas que se caracterizan por ser una agrupación física y funcional de elementos electrónicos, de sensado y de actuación de diferente índole y de elementos colaterales de procesado y comunicación. Son en definitiva la interfaz entre el mundo físico y el mundo digital. Aunque no de forma exclusiva, la integración en Silicio, o en tecnologías compatibles con el Silicio, resulta aconsejable para que estas funciones no digitales resulten factibles y baratas y puedan formar parte de dispositivos cotidianos. Su implementación requiere algo más que un simple escalado y progresiva miniaturización, se requieren soluciones alternativas innovadoras que permitan responder a la siempre creciente demanda del mercado y a las necesidades y expectativas de los usuarios. Estas tecnologías no puramente digitales evolucionan y evolucionarán hacia caminos diferentes de los de la Ley de Moore; es decir, se inscriben en el dominio Más que Moore en el que la adición de funcionalidades múltiples prima más que la densidad de integración de dispositivos. Por otra parte, los circuitos integrados son vistos como unos bloques de plástico negro con unas patas metálicas de conexión. No obstante, su encapsulación esconde una gran complejidad que se acentúa con las dimensiones del chip que contienen, el número de conexiones externas, la disipación del calor generado, la frecuencia de operación, así como con capacidad de operar en ambientes específicos (espacio, alta temperatura, etc.). La encapsulación resulta muy complicada cuando se trata de un sistema completo integrado en un simple chip de Silicio (System-on-Chip, SoC). Y es incluso más compleja cuando un package incorpora funciones que tecnológica o económicamente no son viables en un SoC, compatibilizando varios chips fabricados con tecnologías heterogéneas de Silicio y de otros materiales semiconductores. Se trata de soluciones System-in-Package (SiP). En términos generales, se dice que el SiP es al SoC lo que Más que Moore es a la Ley de Moore. La conjunción de Más que Moore con la Ley de Moore en productos 63

66 CMOS línea base: CPU, Memoria, Lógica AGENDA ESTRATÉGICA DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN semiconductores proporciona un valor añadido. Se trata del dominio Integración Heterogénea en el que la micro- y la nano-tecnología convergen y conviven. La integración heterogénea es igualmente instrumental para el desarrollo del ámbito Más que Moore, que por su propia naturaleza implica la integración de elementos y funcionalidades dispares que requieren materiales y procesos muy diversos. Extrapolando la Ley de Moore al año 2020, se llega al punto en que los circuitos y dispositivos semiconductores tales como hoy los conocemos (transistores y CMOS) alcanzan sus límites físicos. De esta manera, las implicaciones y alternativas en el dominio Más allá del CMOS se deberán explorar y experimentar previamente a su implementación. Probablemente, la investigación en el dominio Más allá del CMOS implicará análisis rupturistas en campos tales como ciencia de materiales y arquitectura de dispositivos. El gráfico siguiente ilustra la interacción entre los dominios Más Moore, Más que Moore and Más allá del CMOS. Más que Moore: Diversificación Análogo / RF Pasivos Alta Potencia Sensores Actuadores Biochips Más Moore: Miniaturización 130 nm 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm Procesado de Información Contenido Digital System on Chip (SoC) 16 nm Más allá del CMOS ILUSTRACIÓN 1: INTERACCIÓN ENTRE LOS DOMINIOS "MÁS MOORE", "MÁS QUE MOORE Y "MÁS ALLÁ DEL CMOS" Para llevar las tecnologías anteriormente descritas ( Más Moore, Más que Moore, Integración Heterogénea y Más allá del CMOS ) a las líneas de producción se 64

67 requerirán entornos de fabricación innovadores en estrecha colaboración con tecnólogos, cuyas actividades se inscriben en el dominio Materiales e Infraestructuras. Naturalmente, todo esto se traduce en productos que implican un proceso de diseño altamente automatizado dada su complejidad, con masivas dosis de software. Se trata del dominio tecnológico Automatización de Diseño. Este dominio engloba la definición y el desarrollo de nuevas herramientas de diseño electrónico que permitan a los diseñadores implementar y verificar sus diseños desde las especificaciones a nivel de sistema hasta el layout, acortando su tiempo de aparición en el mercado y considerando su producción a escala industrial. Para finalizar esta descripción de los ámbitos cubiertos por la micro- y nano-electrónica podemos concluir que en su concepción más amplia la micro- y nano-electrónica aúna la densidad de integración de elementos similares en lo digital y la integración de elementos dispares y funcionalidades en lo no digital. Este estadio más genérico y transversal lo ejemplifican los micro- y nano-sistemas. Energía Obtención de energía Gestión y almacenamiento de potencia Estimulación Sensores Recepción de datos Interfaces Procesado Cognitivo Actuadores Transmisión de datos Reacción Base de conocimiento Criterios ILUSTRACIÓN 2: COMPONENTES DE UN MICRO- Y NANO-SISTEMA (Y DE SU EVOLUCIÓN, LOS SISTEMAS INTELIGENTES) A medida que los micro- y nano-sistemas se hagan progresivamente más autosuficientes, tanto en términos de autonomía energética como de independencia de supervisión externa y control, van a evolucionar hacia lo que se conoce como Sistemas Inteligentes (Smart Systems). En la comunidad EPoSS se distinguen hasta tres generaciones de Sistemas Inteligentes en virtud del grado de autosuficiencia exhibido. 65