Smartere byer, smartere liv

En hjemmetermostat skaber automatisk et behageligt miljø for sine beboere. En vaskemaskine sender en sms, når dens cyklus er afsluttet. Lys i hele et hus styres med et tryk og stryg på en tablet, sparer far en sidste tur ned ad trappen inden sengetid.

På nogenlunde samme måde har en sådan smart teknologi forvandlet hjemmet, intelligente infrastrukturteknologier lover at revolutionere den måde, byer, byer og lokalsamfund fungerer og ændrer den måde, mennesker interagerer med hinanden og samfundet på.

Den 30. januar, 2018, Dan Lopresti, professor og formand for afdelingen for datalogi og teknik ved Lehigh University, modererer en briefing om intelligent infrastruktur for det amerikanske Repræsentanternes Hus' Videnskab, Rum- og teknologiudvalget i Washington, DC.

Arrangementet indkaldes af Computing Research Association (CRA), et partnerskab mellem industrien, regeringen og den akademiske verden, og en førende stemme i computerforskningsmiljøet. Æresmedværter for begivenheden er Texas-repræsentant Lamar Smith, hvem er formand for udvalget, og rep. Eddie Bernice Johnson, også fra Texas, som er rangerende medlem af udvalget.

Ifølge CRA, intelligent infrastruktur er defineret som "den dybe indlejring af sansning, computer, og kommunikationskapaciteter til traditionelle fysiske infrastrukturer i byer og landdistrikter såsom veje, bygninger, og broer med det formål at øge effektiviteten, modstandsdygtighed, og sikkerhed."

Lopresti, en bredt respekteret forsker, hvis arbejde med grundlæggende algoritmiske og systemrelaterede spørgsmål inden for mønstergenkendelse, bioinformatik og computersikkerhed, tjener også i eksekutivkomiteen for CRA's Computing Community Consortium. Siden han kom til Lehighs fakultet i 2003, han har været med til at lancere og lede Lehighs succesrige DataX-program såvel som dets innovative Mountaintop Initiative, og fungerede som midlertidig dekan for Lehigh's P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science i 2014-2015.

Under arrangementet den 30. januar, Lopresti vil guide et panel af forskere fra hele den akademiske verden og industrien til at diskutere rollen som intelligent infrastruktur i forhold til at imødekomme landets bredere infrastrukturbehov, identificere kritiske huller og barrierer for vellykkede implementeringer og vigtigheden af ​​fortsat forskning i forhold til feltet. Paneldeltagere inkluderer Henning Schulzrinne, Columbia University, hvem vil tale om behovet for robusthed og tilpasningsevne; Matthew Wansley, generalrådgiver for nuTonomy, hvem vil behandle robusthed og interoperabilitet; Nadya Bliss, Arizona State University, hvem vil diskutere sikkerhed og troværdighed; og Elizabeth Mynatt, Georgia Tech, hvem vil tale om tilgængelighed og brugervenlighed.

Loprestis lederskab i panelet er et tegn på Lehighs nye omdømme inden for data- og beregningsforskning, især gennem tværfaglig teamvidenskab inden for afgørende anvendelsesområder som smart infrastruktur og forbundne fællesskaber.

Styrker den smarte by

En FN-rapport fra 2014 forudsagde, at den globale bybefolkning ville stige fra 54 procent i 2014 til 66 procent i 2050. Meget af denne vækst vil finde sted i ugunstigt stillede områder, der er dårligt rustet til at rumme det større antal og tæthed af mennesker. Efterhånden som bybefolkningen stiger, effektivitetsgevinster vil skulle identificeres i udvidelsen af ​​de endelige elementer af byinfrastruktur. Der vil være et tilsvarende større slid på energien, kommunikations- og transportsystemer. De vitale mekanismer, der gør byer beboelige, vil komme under stadig hårdere tvang.

"Vi ser smarte byer som adaptive systemer, hvor interaktion mellem byens infrastruktur og mennesker er modelleret som en kontinuerlig feedback-loop og muliggjort af et understøttende cybersystem, " forklarer Hector Muñoz-Avila, professor i datalogi og teknik. "Infrastrukturerne er i sig selv forbundet og deler information, som stammer fra infrastrukturens indbyrdes afhængighed, gør det muligt for byer at tilpasse sig ændringer over tid. Dette inkluderer langsigtede ændringer såsom befolkningstilvækst og kortsigtede øjeblikkelige reaktioner såsom alvorlige vejrbegivenheder."

Muñoz-Avila, sammen med Lopresti, er en del af et team af Lehigh-forskere, der søger løsninger inden for det, det kalder "Smart Infrastructure for Connected Communities." Og selvom holdets tilgang inkluderer fokuserede ingeniørbehov på dette område, den behandler også bredere systemiske og politiske spørgsmål, der kan forhindre disse komplekse systemer i at fungere problemfrit. Det er en overordnet tilgang, der tackler overordnede problemer og skaber løsninger, der kan overføres på tværs af bestemte applikationer.

Forbundne samfund vil varsle nye muligheder for at øge den offentlige sikkerhed, rense miljøet, muliggør bylandbrug og on-demand-produktion, og skabe endnu usete veje til iværksætteri, som yderligere vil fremskynde forandringscyklussen. I løbet af de minutter, du brugte på bussen på vej til arbejde, i samspil med civile myndigheder, inde inden for de fire vægge i deres hjem, byboere vil se formen på deres liv ændre sig. Og når de interagerer med byens mekanismer, bruge sin infrastruktur, og kommunikere med hinanden – via deres handlinger, mobile og personlige enheder, og computere – borgerne vil give information, der vil ændre byens systemer.

Men opgaven med at skabe succesfulde smarte byer er gigantisk. Forskere bliver nødt til at finde en måde at integrere information fra kraftværker på, broer, tunneler, transportmidler, husholdningsapparater og alt derimellem. Data fra sensorer og enheder skal kommunikeres pålideligt og sikkert til datacentre, som vil analysere oplysningerne. Nødvendige handlinger eller meddelelser skal transmitteres til trafikkontrolenheder, busser og tog, elnet, hjem og sundhedsfaciliteter. For at toppe det hele, ingen af ​​disse systemer vil fungere optimalt, før deres elementer er forbundet og indbyrdes afhængige.

Ifølge Muñoz-Avila, især den tværfaglige kultur i Lehigh gør det til et frugtbart sted at udvikle svar til morgendagens bysamfund. "Jeg har været i Lehigh i omkring 15 år, og en ting, der altid får mig til at føle mig fantastisk, er den lave barriere mellem disciplinerne, " siger han. "Jeg har friheden til at bruge meget tid på tværfagligt arbejde, og det er præcis, hvad der er nødvendigt for at skabe smarte byer – mennesker fra flere discipliner, der arbejder sammen."