Fare luce sui "sistemi cyber-fisici"


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In questi giorni, si sente spesso parlare di sistemi cyber-fisici . Leggendo sull'argomento, tuttavia, non è molto chiaro in che modo tali sistemi differiscano dai sistemi distribuiti e / o incorporati. Gli esempi tratti dalla stessa Wikipedia li rendono solo più simili ai tradizionali sistemi distribuiti. Per esempio:

Un esempio reale di tale sistema è il Distributed Robot Garden presso il MIT in cui una squadra di robot si occupa di un giardino di piante di pomodoro. Questo sistema combina il rilevamento distribuito (ogni impianto è dotato di un nodo sensore che ne controlla lo stato), navigazione, manipolazione e rete wireless.

Ovviamente, qualsiasi sistema distribuito è costituito da rilevamento, attuazioni (che possono facilmente includere la navigazione) e rete.

La mia domanda è: in che modo i sistemi cyber-fisici differiscono dai tradizionali sistemi distribuiti? È solo un nome di fantasia o c'è qualcosa di molto diverso con esso?

Risposte:


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Leggendo alcuni degli articoli collegati nell'articolo di Wikipedia, sarò rispettosamente in disaccordo con @Theran . La distinzione sembra abbastanza ben fondata, anche se Wikipedia fa un pessimo lavoro nel farcela.

Il termine sistemi integrati (ES) è in circolazione dagli anni '60 e può, senza dubbio, riferirsi a qualsiasi cosa, da un aereo a un Furby. Penso che il termine sistemi cyber-fisici (CPS) sia stato coniato per distinguerlo da quelli che sono tradizionalmente pensati come sistemi integrati, vale a dire "scatole" a circuito chiuso, non collegate in rete che operano in un dominio molto ben definito e limitato con un potere limitato per influenzare i sistemi fisici. CPS, d'altra parte, incarna l'idea di pensare a livello globale, agire localmente (le mie scuse a Patrick Geddes ), cioè di solito sono sistemi altamente collegati che determinano il cambiamento in un sistema fisico locale dipendente dallo stato e dalle azioni di altri entità nella rete più ampia.

Mentre molte applicazioni robotiche si adattano a questa definizione e possono quindi essere definite sistemi cyber-fisici, molte non lo sono. Ciò che conferisce l'onore al giardino robotico del MIT, credo, è il fatto che i robot fanno parte di un sistema più ampio e decentralizzato (PDF). Sono gli impianti, dotati di sensori, che decidono quando richiedere l'irrigazione o altri servizi ai robot, mentre sono i robot che decidono tra loro quale soddisfare la richiesta. Inoltre, non tutti i CPS sono considerati "robotici", ad esempio una rete elettrica intelligente.

Cibernetica , come ha notato @Theran, è occupata nello studio dei sistemi di controllo, e quindi costituirà una parte fondamentale dello studio del CPS, ma ha anche una gamma più ampia di applicazioni in campi come la matematica, l'economia e la sociologia, ad esempio.

Questo rapporto sui sistemi cyber-fisici (PDF), di Edward Lee di UC Berkeley, chiarisce che i CPS sono il prossimo passo nell'evoluzione dei sistemi embedded con molti degli stessi vincoli (capacità in tempo reale, affidabilità) e alcuni extra quelli (robustezza, adattabilità, intelligenza, interconnessione). In quanto tale, il campo del CPS si occupa, in parte, dello sviluppo di approcci completamente nuovi all'architettura hardware e software. Per esempio:

Ma credo che per realizzare il suo pieno potenziale, i sistemi CPS richiederanno fondamentalmente nuove tecnologie [...] Un approccio che è decisamente un approccio dal basso verso l'alto è quello di modificare le architetture dei computer per fornire una tempistica di precisione [...] Completando il fondo- Gli approcci up sono soluzioni top-down incentrate sul concetto di design basato su modelli [...] In questo approccio, i "programmi" sono sostituiti da "modelli" che rappresentano comportamenti di sistema di interesse. Il software è sintetizzato dai modelli.

I pensieri di Lee sono ripresi in questa rubrica di Embedded Computing (PDF) di Wayne Wolf della Georgia Tech.

Dopotutto, abbiamo avuto computer collegati a cose per molto tempo. Perché, potresti chiederci, abbiamo bisogno di un nuovo termine per descrivere ciò che facciamo da anni? [...] Abbiamo una quantità sorprendentemente piccola di teoria per dirci come progettare sistemi di controllo basati su computer. La teoria dei sistemi cyber-fisici tenta di correggere questa carenza. [...] I sistemi cyber-fisici si impegnano attivamente con il mondo reale in tempo reale e consumano energia reale. Ciò richiede una nuova comprensione dell'informatica come atto fisico, un grande cambiamento per l'informatica.

Consiglio di leggere entrambi gli articoli per una buona visione di come i CPS siano diversi dai "semplici" sistemi embedded. Cyberphysicalsystems.org ha una mappa concettuale di CPS sulla loro homepage che illustra bene molti degli aspetti coinvolti nello sviluppo di CPS.

Per quanto riguarda l'origine del termine, nessuna delle fonti che ho trovato lo ha attribuito a nessuno. Molti articoli lo hanno definito senza attribuzione pur non essendo il primo ad usarli. Il termine è comparso per la prima volta in letteratura nel 2006 ma, a quel tempo, la National Science Foundation degli Stati Uniti aveva già organizzato un seminario sui sistemi cibernetici , suggerendo che il termine era già in uso da allora.


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È solo un nome di fantasia (e imbarazzante). Conosciuto anche come robotica, cibernetica, sistemi integrati, sistemi di controllo e così via. Immagino che ci sia qualche insoddisfazione per le implicazioni o la specificità di quelle altre categorie correlate:

  • Robotica: induce le persone a pensare ai rover e alle attrezzature per la movimentazione di materiali industriali.
  • Sistemi integrati - Troppo aspecifici, non hanno necessariamente molta interazione fisica con il mondo al di fuori di pulsanti e display.
  • Sistemi di controllo - Principalmente viene utilizzato per fare riferimento a circuiti di controllo deterministici e non distribuiti. Più trasformata a Z, meno AI.
  • Cibernetica - probabilmente il più vicino nel significato, ma nel tempo il cyber-x ha significato cose puramente virtuali (cyberspazio, sicurezza informatica, ecc.) Invece del significato del sistema di controllo originale. Quindi la necessità di puntare su un "fisico" un po 'ridondante per ricordare alla gente che questo coinvolge atomi e non solo frammenti.

Ti capita anche di conoscere la storia della parola? Come / dove è stato inventato?
Shahbaz,

Ho sentito la parola per la prima volta all'UIUC circa 4 anni fa. Non ho idea di dove sia apparso per la prima volta. C'era un laboratorio di sistemi cyber-fisici quando ho visitato.
Josh Vander Hook,

Cibernetica significava controllare sistemi complessi. Ora significa carne cyberpunk-ish + impianti meccanici.
Josh Vander Hook,
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