El vehicle elèctric i la necessitat de planificar la xarxa de distribució elèctrica.

Els vehicles elèctrics cada cop estan més a prop. Com es poden preparar els distribuïdors per planificar les severs xarxes i les ciutats?

 

Si bé no es coneix exactament quan arribarà el moment en que hi hauran més vehicles elèctrics que de combustió, les flotes de vehicles que necesitaran  de càrrega ràpida, canviaran ciutats i els serveis gestionen la seva infraestructura elèctrica, El que és clar que no és una qüestió de si o no, sino de quan caldrà.

S’acosta l’electrificació del transport

Segons el EV Hub, actualment hi han uns 1,5 milions de vehicles, la majoria de cotxes i tot terreny, es troben a les carreteres dels Estats Units. Els investigadors del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) van avaluar la capacitat de la xarxa elèctrica a l'oest dels Estats Units per la propera dècada amb flotes de vehicles de tota mida, inclosos camions, connectar les estacions de recàrrega a les llars i empreses i en les carreteres que són rutes de transport.

Per al seu estudi, els autors van utilitzar les millors dades disponibles sobre la capacitat de la xarxa futura del Western Electricity Coordinating Council,  (WECC). L’anàlisi va concloure que la càrrega necessària màxima pels EV, la xarxa actual tindria suficient capacitat per poder acollir aquest consums sense construir més centrals ni línies de transmissió.

La bona notícia és que, fins al 2028, el sistema general d’energia,  que va des de la generació fins al transport, sembla que és suficient per absorbir fins a 24 milions d’EV, al voltant del 9% del trànsit lleuger actual de vehicles als Estats Units.

A nivell local, poden aparèixer problemes quan s'adopti el VE. Això és degut a que un EV de càrrega ràpida pot equivaldre al equivalent de 50 habitatges en termes de consum. Si, per exemple, totes les cases d’un barri disposen d’un VE, un transformador d'un centre de transformació de distribució  no podria gestionar la càrrega simultanea de diversos EV.

Minimitzar la corba d'ànec

Tal com es detalla a l’informe, la planificació actual de la xarxa no considera adequadament una afluència massiva d’EV. Aquesta omissió agreuja una situació que per si preocupa i es coneguda com la corba d'ànec.

La corba d'ànec és un perfil de càrrega de 24 hores al sistema elèctric i sol produir-se en zones amb moltes instal·lacions fotovoltaiques o solars. La corba es basa en una càrrega moderada al matí, una baixa càrrega durant el dia quan les plaques solars introdueixen l'excedent electricitat a la xarxa i una càrrega elevada a la nit a mesura que la gent arriba a casa i el sol es posa.

 Quan puja la demanda es redueix la tensió. Aquesta forta oscil·lació és difícil en les operacions del sistema elèctric amb unes infraestructures que no van ser dissenyades per la generació distribuïda. Amb més EV que es preveu que carregaran al vespre, l’acceleració encara es fa més forta i això podria fer augmentar els costos d’electricitat.

Les estratègies de càrrega intel·ligent, que es basen en evitar  la càrrega durant les hores punta del matí i la primera hora del vespre,  podrien minvar els pics de demanda i incrementar la corba d’ànec. 

Aquest plantejament té dos avantatges:

1.-  Aprofitar  l’energia  solar  durant el dia

2.-  Reduir pics de consum al vespre.

Els escenaris plausibles emfatitzen la necessitat de planificar

A partir de les dades de la WECC, es va desenvolupar i modelar escenaris plausibles per al 2028. Els escenaris es van analitzar amb el sector empresarial i van incloure una combinació de vehicles lleugers (de passatgers), mitjans (camions de lliurament i furgonetes) i pesats (de càrrega). 

És la primera vegada que s'han inclòs les tres classes de vehicles en aquesta anàlisi. PNNL també va desenvolupar un model de transport de mercaderies a la carretera, amb estacions de recàrrega a autopistes cada 30 km per les tres classes de vehicles.

Els escenaris incloïen l’evolució de la xarxa i la seva capacitat a nivell estatal i regional. L’equip es va centrar en escenaris que tindran més potencial d’impactes en la xarxa.

Els colls d’ampolla a causa de la nova càrrega de vehicles elèctrics van aparèixer en les zones de Califòrnia, inclosa Los Angeles, que planeja que tots els vehicles siguin elèctric en el 2030. Aquests vehicles poden consumir 400 A per un circuit fins a 45 minuts, en lloc dels 15 A a 20 A  durant  6 a 8 hores per la majoria dels EV actuals.

Els vehicles de càrrega ràpida i la integració de les càrregues mòbils, que són les flotes en moviment, són un dels principals reptes que tenen els planificadors de xarxa actualment.

Mai abans s'havia previst pensar en els EV, però algunes ciutats ja estan estudiant controls intel·ligents i altres maneres de modificar els seus sistemes de distribució i operacions. La clau és com evitar grans inversions en el futur. 

Però el repte no es limita només a les grans àrees com Los Angeles, les ciutats més petites amb recursos limitats necessiten ajuda per planificar la seva infraestructura de càrrega i la seva hosting capacity.

Si es disposen de les dades i els mètodes per executar els escenaris per cada cas, amb dades dels distribuïdors sobre les línies i les alimentadors i infraestructures, es podrien elaborar els models que permetessin millorar la corba.

Font: Pacific Northwest National Laboratory

La teoria de l’atzar podria constituir una clau per a la seguretat d’internet.

Hi ha un programari basat en codi 100% segur? Aquesta qüestió ha estat fonamental en la criptografia durant milers d’anys i se situa al centre dels esforços per obtenir informació privada a internet. En un nou treball de recerca,  investigadors de Cornell Tech van identificar una clau sobre las vulnerabilitat del xifratge conjuntament  amb la connexió d'un concepte matemàtic que pretén definir i mesurar l’atzar.

Aquest resultat no només mostra que la criptografia té un problema natural 'mare', sinó que també mostra una profunda connexió entre dues zones ben diferenciades de les matemàtiques i la informàtica , la criptografia i la teoria algorísmica de la informació.

El resultat, és que un problema natural computacional introduït als anys seixanta a la Unió Soviètica caracteritza la viabilitat de la criptografia bàsica (xifrat en clau privada, signatures digitals i autenticació.

Durant mil·lennis, la criptografia s'ha considerat un cicle: Algú va inventar un codi, el codi va ser efectiu fins que algú el va vulnerar. A la dècada del 1970, els investigadors que buscaven una millor teoria de la criptografia van introduir el concepte de la funció unidireccional: una tasca o problema què és fàcil de resoldre en una direcció, però impossible en l'altra.

La idea era, si es  tingués una funció tan única, potser podria ser un molt bo punt de partida per entendre la criptografia. Xifrar el missatge, és molt fàcil. I si es disposa de la clau, també es pot desxifrar. Però algú que no sap la clau hauria, l'hauria de crear per poder descodificar el missatge.

 

Però els investigadors no han pogut demostrar l’existència d’una funció unidireccional. El candidat més conegut, que també és la base dels esquemes de xifratge més utilitzats a Internet, es basa en la factorització entera. És fàcil multiplicar dos nombres primers aleatoris, per exemple, 23 i 47, però és molt difícil trobar aquests dos factors si només es dóna el seu producte, 1.081.

Es creu que no existeix cap algorisme de factorització eficient per a un gran nombre,  tot i que els investigadors encara no han trobat els algorismes adequats.

La pregunta que cal fer-se és si existeix. Hi ha algun problema natural que caracteritzi l'existència de funcions unidireccionals?"  Si no hi ha,  això és la clau de tots els problemes, i si hi ha una manera de resoldre aquest problema, es pot vulnerar totes les presumptes funcions d'un sol sentit.  en cas contrari, es pot dir que és possible obtenir una criptografia segura. 

Mentrestant, els matemàtics dels anys seixanta van identificar el que es coneix com la complexitat de Kolmogorov, que es refereix a quantificar la quantitat d’atzar o patró d’una cadena de números. La complexitat de Kolmogorov d'una cadena de números es defineix com la longitud del programa informàtic més curt que pot generar la cadena; per a algunes cadenes, com ara:121212121212121212121212121212, hi ha un programa curt que el genera: 1s i 2s alternatius. Però, per a les cadenes de nombres més complicades i aparentment aleatòries, com ara 37539017332840393452954329, pot ser que no existeixi un programa inferior a la longitud de la cadena.

El problema ha interessat durant molt de temps als matemàtics i als informàtics, entre ells Juris Hartmanis, professor emèrit d’informàtica i enginyeria. Com que el programa informàtic que intenta generar el nombre podria trigar milions o fins i tot milers de milions d’anys, els investigadors de la Unió Soviètica a la dècada dels 60, així com Hartmanis i altres a la dècada dels 80, van desenvolupar la complexitat de Kolmogorov limitada en el temps, un programa amb la durada curta que pot emetre una cadena de números en un cert temps.

Es va demostrar que si la complexitat de Kolmogorov té una limitació temporal en el temps, és difícil què existeixen funcions unidireccionals.

Tot i que la seva cerca és teòrica, té implicacions potencials en la criptografia, inclosa la seguretat a Internet.

Si es pot trobar un algorisme per resoldre el problema de complexitat del temps de Kolmogorov, es pot vulnerar tots els criptes, tots els esquemes de xifratge, totes les signatures digitals. Tanmateix, si no hi ha cap algorisme el suficientment eficient per resoldre aquest problema, es pot dir que és possible obtenir una funció unidireccional i, per tant, és pot afirmar que es possible obtenir xifratge i signatures digitals, etc.

Font: Cornell Tech

Llars, energèticament independents.

Investigadors de la universitat i indústria de Texas A&M han dissenyat una tecnologia intel·ligent que pot ajudar a les distribuïdores a atendre millor les comunitats afectades per les apagades. Els investigadors van dir que el seu dispositiu funciona millorant el subministrament d'energia entre els sistemes d'energia solar domèstics i la xarxa elèctrica.

Aquesta innovació, permet que els consumidors d'energia solar siguin menys dependents de la xarxa elèctrica externa. La mateixa tecnologia també permet a les distribuïdores controlar la distribució d'energia, que és particularment útil durant les avaries a la xarxa elèctrica. Per tant, és un escenari que beneficia tant al consumidor  com la distribuïdora.

Durant l’última dècada, s'ha produït una  forta davallada del cost de les plaques solars, que  ha animat a més llars a adoptar sistemes d’energia solar. En aquests habitatges, el corrent generat per les plaques conjurament amb l'energia emmagatzemada a les bateries,  es converteix a una corrent igual que la que ve de la xarxa elèctrica per a l’ús residencial.

Aquestes connexions garanteixen que les cases sempre estiguin connectades a la xarxa sempre que aquesta funcionant. Durant el dia, les cases consumeixen més energia solar i es subministra qualsevol energia en excés a la xarxa. A la nit, les llars consumeixen l'electricitat de la xarxa.

Aquests sistemes convencionals presenten molts inconvenients. Les fluctuacions de tensió a la xarxa, per avaries a les línies elèctriques o per sobrecàrregues, afecten els dispositius connectats a les llars. Així mateix, van dir que el corrent injectat a la xarxa procedent de les cases amb energia solar pot presentar certes irregularitats, conegudes com a harmònics, que afecten la qualitat de d'ona i servei de la xarxa.

Un altre problema, es que les distribuïdores poden limitar la quantitat d’electricitat de xarxa que consumeixen aquestes llars amb energia solar. 

Actualment, no hi ha cap sistema per regular o limitar el consum d'energia. Els usuaris finals amb sistemes energètics solars continuen tirant electricitat de la xarxa perquè les distribuïdores no tenen cap forma de controlar-la.

A diferència dels sistemes convencionals d’energia solar que inclouen molts aparells electrònics per connectar-se  a la xarxa, els investigadors van muntar un únic dispositiu, anomenat intel·ligència d’ electrònica de potència al límit de la xarxa, o PINE. Aquest dispositiu, que s’instal·la fora d’una llar, té tres connexions principals: una d’anar a la llar, una a la xarxa de serveis i una altra a les plaques i bateries solars. PINE pot controlar el flux d’electricitat en qualsevol d’aquestes adreces.

Aquest dispositiu és com un encaminador d'energia intel·ligent. Regula el voltatge de la xarxa, integra l'energia solar, que es produeix localment, i gestiona i dirigeix ​​intel·ligentment l' energia en totes les direccions.

Els investigadors han dissenyat aquest dispositiu per a que sigui també programable, de manera que un usuari extern autoritzat, com el distribuïdor, pugui controlar la quantitat d'electricitat de la xarxa que arriba a cases amb energia solar. 

Per provar si les xarxes PINE funcionaran tal com es preveia, els investigadors van construir un prototip  i van realitzar àmplies simulacions informàtiques en un barri mixt en el qual algunes cases tenien sistemes PINE i d’altres no. El rendiment del maquinari juntament amb les simulacions van revelar que les llars amb el sistema PINE tenien un voltatge més net i estable. A nivell de la xarxa, el voltatge injectat d’aquests habitatges també era estable perquè el sistema PINE també ho regulava.

Els sistemes PINE poden injectar dinàmicament i en temps real suport de tensió diferents a la xarxa de serveis. Així, les distribuïdores no necessiten gastar milions en comprar bancs de condensadors per suportar el voltatge a través de les línies d'alimentació. Durant els talls d'energia,  permet que les llars siguin autosuficients i utilitzen el seu sistema solar d'energia de manera eficient. La tecnologia també permet als distribuïdors, limitar el corrent de xarxa a les llars amb energia solar i redirigir a altres zones afectades. 

Font: Texas A&M University

Xarxes d'aigua calenta escalfades amb energia solar.

Més del 40% del consum d’energia a la Unió Europea és per als edificis i el 63% d’aquests, per a habitatges residencials. A més, més del 75% del consum energètic domèstic està relacionat amb la calefacció i l’aigua calenta.

Font: Rovira i Virgili

Aquestes dades posen de manifest la necessitat de buscar fonts d’energia alternatives d’acord amb els objectius del 2030 de la UE que busquen una transició sostenible dels combustibles fòssils a les energies renovables i reduir les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Tenint això en compte, un grup liderat per la URV, ha creat una eina de diagnòstic que utilitza la intel·ligència artificial per demostrar la reducció de l'impacte ambiental i el consum d'energia de les xarxes de calefacció assistides per energia solar. Els resultats de l’estudi es van publicar a la revista Applied Energy.

Les xarxes de calefacció assistides per energia solar, són instal·lacions que tenen sistemes centralitzats per produir aigua calenta a gran escala. Els col·lectors tèrmics solars, capten l'energia solar per satisfer la demanda de la calefacció i de l'aigua calenta pels habitatges residencials de tot un barri. La principal diferència que hi ha entre les xarxes de calefacció assistides per energia solar i l’energia tèrmica amb sistemes d’emmagatzematge, és que aquest últim només pot utilitzar l’energia en un curt període després de la seva captació. En canvi, les xarxes de calefacció assistides mitjançant l’energia solar, s'emmagatzema l’excés d’energia solar tèrmica durant els mesos més assolellats en grans dipòsits subterranis (fins a 10.000 metres cúbics) que estan molt ben aïllats perquè la calor es pugui utilitzar durant la tardor o l’hivern, quan hi ha menys energia solar. 

Per provar aquests sistemes en zones residencials i després de simular plantes en diverses zones climàtiques d’Europa, el grup de recerca va fer un estudi teòric pilot a Madrid, on van usar l’eina de diagnòstic basada en intel·ligència artificial per determinar el disseny òptim per a la calefacció assistida  solar en xarxes d'aigua calenta amb una vida útil de 40 anys. L’estudi va analitzar diferents grandàries de districtes urbans, amb 10, 24, 50 i 100 edificis.

Font: ScienceDirect.com

L'eina va trobar que la implementació de xarxes de calefacció assistida solar pot provocar un impacte ambiental significativament reduït en comparació amb les formes tradicionals de generació de calor que utilitzen els escalfadors i les calderes de gas. La reducció és encara major a mesura que augmenta la mida del districte, arribant al 89,3% per a una comunitat de 100 edificis. A més, el sistema també ha demostrat un clar avantatge econòmic en la mesura que redueix el cost total en fins al 66 %, segons la mida de la comunitat. Per obtenir una rendibilitat de la inversió inicial, el sistema és més eficaç com més gran sigui la comunitat. Per exemple, en un districte de 100 edificis, la inversió es podria recuperar en 13,7 anys. En quant al rendiment tèrmic, l’eina de diagnòstic demostra que el 82% de l’energia consumida prové del sol.

Malgrat aquest prometedor futur, encara hi ha barreres tècniques, administratives i financeres que limiten el desplegament d’aquests sistemes. Les instal·lacions més importants, estan als països del nord ja que consumeixen una gran quantitat d’energia d'aigua calenta. A Catalunya hi ha 60 d’aquestes xarxes en diferents districtes (com el 22 @ a Barcelona), però utilitzen biomassa i altres fonts d’energia en lloc d’energia solar.

Font: Universitat Rovira i Virgili

Energia eòlica i la conservació de les aus.

L'energia eòlica es considera una de les formes més prometedores d'energies renovables. No obstant això, cada any els aerogeneradors són els responsables de la mort de centenars de milers d’aus que moren al col·lisions amb pales de turbines. 

Per resoldre  aquest dilema, les empreses que construeixen i exploten els aerogeneradors podrien haver de treballar conjuntament amb experts ambientalistes i conservacionistes. No obstant això, probablement la manca de confiança entre ells, dificultarà una col·laboració efectiva i creativa.

En un article publicat a Energy Reports, els científics de l'Institut Leibniz d'Investigació Zoològica i de Vida Silvestre (Leibniz-IZW) van demostrar que compartir els valors per si sols no són suficients per crear una confiança mútua entre ells. Els autors, argumenten que una major consciència en relació amb la construcció i operació de les turbines eòliques, pot beneficiar aquest camp i ajudar a trobar una manera de sortir d'aquest dilema.

Mitigar el canvi climàtic produint més energia renovable, per exemple a través dels aerogeneradors, sembla que és  una bona opció. També ho és la conservació de la diversitat biològica mitjançant la protecció de les aus. Tanmateix, quan les aus moren per col·lisions amb les pales de la turbina, sorgeix un dilema "verd-verd" que cal resoldre. Les parts implicades en la planificació i aprovació dels projectes dels parcs eòlics, tenen opinions i interessos contrastats.

Tant la mitigació del canvi climàtic com la protecció de la biodiversitat, tenen forts defensors amb fortes opinions, arribar a un compromís entre la construcció i l'explotació dels aerogeneradors i la protecció de les aus, està plena de dificultats. Si es col·labora amb els grups d'interès que sovint són contraris, les seves diferents visions i experiències poden contribuir al desenvolupament de noves solucions al conflicte ajudant a conciliar ambdós objectius. Un exemple seria l’evitació de zones sensibles per a la construcció dels aerogeneradors o l’alineació consistent dels temps de funcionament dels aerogeneradors amb els ritmes d’activitat de la vida silvestre aèria. Un dels requisits bàsics necessaris per a aquesta cooperació és la confiança mútua.

Un equip del Leibniz-IZW dirigit pel doctor Tanja Straka va realitzar una enquesta per analitzar com els valors, les creences i les emocions envers els aerogeneradors i les aus afecten la confiança entre les parts implicades en aquest conflicte "verd-verd" a Alemanya. En total, 537 representants de sis grups d'interès van participar a l'enquesta: membres del sector de l'energia eòlica, consultors ambientals, autoritats de conservació, científics, voluntaris i empleats d'ONG ambientals.

Al analitzar les respostes, es va poder veure que els membres de tots els grups implicats en projectes d’energia eòlica compartien el mateix valor fonamental d’un ús sostenible de la natura. No obstant això, malgrat aquests valors compartits, tenen poca confiança en els altres, cosa que fa pensar  que els valors comuns no són una base prou bona per a un interès comú. Els resultats de la investigació també van demostrar que una base fonamental per a la confiança entre els grups d'interès, són les creences i les emocions compartides cap a la conservació de la vida salvatge i l'energia verda.

La presa de decisions és rarament un procés purament racional, per això es recomana aprofundir en les creences i les emocions dels membres dels grups d'interès implicats en els projectes d' energia eòlica. A l'hora de planificar diàlegs entre els grups d'interès, cal crear un terreny de confiança perquè els participants puguin compartir i discutir els seus punts de vista. Això,  hauria de ser tan important com comunicar coneixements basats en proves. Aquest intercanvi podria reforçar la confiança i fomentar la cooperació entre membres dels diferents grups, cosa que podria ajudar millorar la conservació de les aus en els projectes de turbines eòliques  i  en última instància, facilitar la transició de  l' energia ecològicament sostenible cap a les fonts renovables i la protecció de la biodiversitat de forma conjunta.

Font: Departament d'Ecologia Evolutiva de Leibniz-IZW.

Nou xip plasmònic capaç de transmetre dades ultra-ràpides.

Investigadors del ETH de Zuric, han fabricat un xip on es poden convertir directament senyals electrònics en senyals de llum ultra ràpida, pràcticament sense pèrdua de qualitat del senyal. Això representa un avenç significatiu en quant a l’eficiència de les infraestructures de comunicacions òptiques que utilitzen la llum per transmetre dades, com són les xarxes de fibra òptica.

A Zuric, aquestes xarxes de fibra òptica ja s'estan utilitzant per oferir internet d'alta velocitat , telefonia digital, TV i serveis de vídeo o àudio per streaming. Tanmateix, a finals d’aquesta dècada,  aquestes xarxes de comunicacions òptiques poden arribar als seus límits quan es tracta de la  transmissió de dades a gran velocitat.

Font: ETH de Zurich

Això es deu a la creixent demanda de serveis online per streaming, l'emmagatzematge i la computació, així com a l’arribada d’intel·ligència artificial i les xarxes 5G. Les actuals xarxes òptiques  aconsegueixen taxes de transmissió de dades de Gigabits per segon. El límit és d’uns 100 gigabits per guia i longitud d’ona. En el futur, però, caldrà que les taxes de transmissió arribin a valors de Terabit.

Electrònica i llum en el mateix xip

La  creixent demanda exigirà noves solucions.  La clau d'aquest canvi de paradigma rau en combinar elements electrònics i fotònics en un sol xip. El camp de la fotònica (la ciència de les partícules de llum ) estudia tecnologies òptiques per a la transmissió, emmagatzematge i processament d’informació.

Els investigadors de l'ETH, han aconseguit  aquesta combinació amb precisió: en un experiment realitzat en col·laboració amb Alemanya, els Estats Units, Israel i Grècia, van poder reunir per primera vegada elements electrònics i de llum en un mateix xip. Aquest és un gran pas des d’una perspectiva tècnica, perquè actualment aquests elements s’han de fabricar en xips separats i connectar-los amb cables.

Però aquest plantejament te inconvenients: d’una banda, fabricar els xips electrònics i fotònics per separat és costós. D’altra banda, dificulta el rendiment durant la conversió de senyals electrònics en senyals de llum i limita així la velocitat de transmissió a les xarxes de comunicació de fibra òptica.

Si es converteixen els senyals electrònics en senyals de llum mitjançant xips separats, es perd una quantitat important de qualitat del senyal. Això també limita la velocitat de transmissió de dades mitjançant la llum. Aquest plantejament, comença per tant amb el modulador, un component del xip que genera llum d’una intensitat determinada convertint els senyals elèctrics en ones de llum. La mida del modulador ha de ser la més petita possible per evitar una pèrdua de qualitat i intensitat en el procés de conversió i per transmetre la llum —o millor dit, les dades— més ràpidament del que és possible avui dia.

Aquesta compacitat s'aconsegueix col·locant els components electrònics i fotònics molt a prop els uns dels altres, com seria el cas de dues capes, i connectant-los directament al xip mitjançant. Aquesta capa d’electrònica i fotònica escurça els camins de transmissió i redueix les pèrdues en termes de qualitat del senyal. A mesura que l'electrònica i la fotònica s'implementen en un sol substrat, els investigadors anomenen a aquesta solució  com a co-integració monolítica.

Durant els darrers vint anys, la proposta monolítica ha fallat perquè els xips fotònics són molt més grans que els electrònics.  La mida dels elements fotònics fa que sigui impossible combinar-los amb la tecnologia de semiconductors d'òxids metàl·lics (CMOS) que avui predomina en l'electrònica.

Plasmonics: Una poció màgica per a xips de semiconductors

Ara s'ha superat la diferència de mida entre fotònica i electrònica substituint la fotònica per plasmònica. Des de fa deu anys, els científics han estat pronosticant que la plasmònica, que és una branca de la fotònica, podria proporcionar els fonaments dels xips ultra ràpids. Els plasmònics es poden utilitzar per gestionar ones de llum en estructures molt més petites que la longitud d’ona de la llum.

Font: ETH de Zurich

Com que els xips plasmònics són més petits que els electrònics, actualment és possible fabricar xips monolítics molt més compactes que incorporen una capa fotònica i una electrònica. Per convertir els senyals elèctrics en òptics, encara més ràpids, la capa fotònica (en vermell en el gràfic) conté un modulador d’intensitat plasmònic. Es basa en estructures metàl·liques que canalitzen la llum per assolir velocitats més altes.

velocitat rècord

Un augment de velocitat de la capa electrònica (en blau al gràfic), es un procés conegut com a multiplexació 4: 1, de quatre senyals d'entrada a velocitat inferior que s'agrupen i amplifiquen de manera que, junts, formen un senyal elèctric d'alta velocitat. Això es converteix en un senyal òptic d'alta velocitat. D'aquesta manera, per primera vegada es va poder transmetre dades per un xip monolític a una velocitat de més de 100 Gbps.  

Per assolir aquesta velocitat  rècord, els investigadors van combinar la plasmònica no només amb la clàssica electrònica CMOS, sinó també amb la tecnologia BiCMOS, encara més ràpida. També van utilitzar un nou material electro-òptic estable a la temperatura de la Universitat de Washington, així com informació sobre els projectes Horizon 2020 PLASMOfab i PlaCMOS. Per això es va  demostrar que aquestes tecnologies es poden combinar per crear un dels xips compactes més ràpids.

Font: ETH de Zurich

El futur elèctric dels vehicles autònoms.

Els vehicles autònoms tenen un cost: augment del consum d’energia. 

Alguns analistes, proposen que aquest augment de les necessitats elèctriques, són prou significatives com per reduir la gamma de vehicles, posant en risc la possibilitat dels vehicles elèctrics autònoms. 

Font: Universitat Carnegie Mellon

Altres analistes, afirmen que els vehicles autònoms han de ser híbrids elèctrics i amb combustible fòssil. En un document publicat recentment a Nature Energy, Aniruddh Mohan, Shashank Sripad, Parth Vaishnav i Venkat Viswanathan, de la Universitat Carnegie Mellon, van determinar que l’energia elèctrica que es pot subministrar, és suficient per a un vehicle autònom sense que representi una disminució significativa de l’abast.

En el sector de l’automoció s’estan produint dues revolucions: la transició a l’energia elèctrica i l’augment de vehicles autònoms. Els automòbils de conducció autònoma poden consumir més energia que els automòbils conduïts per gent per que necessiten alimentar sensors i ordinadors per a una navegació segura. D'altra banda, es mouen amb més fluïdesa del que ho fan els humans, cosa que reduiria el consum d'energia.

Un increment del consum intern  d’energia, reduiria l'autonomia, requerint càrregues més freqüents i provocant una degradació més ràpida de la bateria. Ja que es tem que els vehicles elèctrics tinguin un abast més curt que els cotxes de combustió, hi ha qui creu que no serà possible un vehicle elèctric autònom. Aquesta preocupació va motivar l’equip a investigar quin efectes te l’automatització  en aquest tipus de vehicles.

En  un model basat en la dinàmica dels vehicles,  es van estimar les necessitats energètiques dels cotxes autònoms per descobrir quina potència es necessita per a una conducció autònoma segura. Es va tenir en compte qualsevol  tecnologia d'automatització i amb una conducció més suau mitjançant el control de l'ordinador.

Tot i que es va trobar una disminució, aquesta no va ser prou significativa per desestimar la possibilitat dels vehicles autònoms elèctrics. No obstant, el consum elèctric, va ser més gran en els cotxes que utilitzaven sensors.

Les opcions del disseny respecte a l' eficiència energètica del maquinari informàtic i el disseny aerodinàmic dels sensors decidirà si les dues revolucions de l'electricitat i l'autonomia estan sincronitzades.

Els investigadors estudiaran com els conductors valoren una possible reducció en l'autonomia, si bé aquest valoren distàncies de conducció més llargs, també poden valorar el luxe de no haver de conduir.

Properament, es valorarà si aquesta pèrdua d'autonomia és tan significativa que afecti a les preferències del consumidor.

Font: Universitat Carnegie Mellon

Xifrat de dades, basat en la polarització.

Les telecomunicacions mai podran garantir que són 100 %  segures. Per això, els investigadors continuen explorant nous mètodes de xifrat. Un nou mètode, és conegut com la comunicació de polarització fantasma, o GPC. 

Font: Emily Cooper

El GPC, utilitza la llum no polaritzada per transmetre missatges segurs. La llum del sol és una llum no polaritzada, com també són les llums fluorescents, incandescents i els LED. Totes les ones de llum estan formades per un camp elèctric i un camp magnètic propagant-se en la mateixa direcció a través de l’espai. En llum no polaritzada, l’orientació del component de camp elèctric d’una ona lumínica fluctua de forma aleatòria. Això és el contrari de les fonts de llum polaritzades, com els làsers, en els quals es fixa aquesta orientació.

Sovint és més fàcil imaginar la llum sense polaritzar com una llum sense cap orientació específica, ja que canvia en nanosegons. La llum sense polaritzar es pot veure com una distribució molt ràpida en l'esfera de Poincaré." (L’esfera de Poincaré és una eina matemàtica comuna per visualitzar la llum polaritzada.)

En altres paraules, la llum no polaritzada podria ser una font de números aleatoris generats ràpidament que es poden utilitzar per codificar un missatge, si la polarització canviant es pot mesurar  ràpidament i descodificar-se en un receptor.

Suposem que A, vol enviar un missatge a B mitjançant GPC. Utilitzant el principi de la prova que es va desenvolupar , A passaria la llum impolar per una placa de mitja ona —un dispositiu que altera la polarització d’un feix de llum— per codificar el seu missatge. En aquest cas concret, la placa de mitja ona modificaria la polarització segons el missatge específic que es codifica.

B,  només podria descodificar el missatge quan rebi el feix alterat d'A i un feix de referència i, a continuació, correlacionar els dos. Qualsevol persona que intenti escoltar la conversa interceptant el feix alterat  no podria, perquè no tindria cap referència per descodificar el missatge.

El nom GPC, és perquè un missatge només pot ser descodificat mitjançant el feix modificat i un feix de referència. Llavors, "fantasma o Gost" es refereix a la naturalesa entrellaçada dels feixos de manra que,  per separat no serveix per a res i només de forma conjunta poden transmetre  missatges. Els missatges s’envien a través de les guies d'ona "fantasma" polaritzades

Font: IEEE Spectrum

La GPC, és pot aplicar en medis tant amb configuracions de comunicacions by wire o wireles. Per a fer els test de prova inicials, es van usar majorment suport  físic per cable, que són una mica més fàcils de mesurar respecte les radiocomunicacions. Per això, es va utilitzar equips estàndards comercials, incloent la fibra òptica amb fonts de llum de 1.550 nanòmetres (1.550 nanòmetres és la longitud d'ona més comuna de llum utilitzada per a comunicacions en fibra).

Es va confirmar que la GPC era possible mitjançant la codificació d’un curt missatge mitjançant un mapeig de 0 bits i 1 bits amb els angles de polarització acordats per l’emissor i el receptor. El receptor podria descodificar el missatge comparant els angles de polarització del feix de referència amb els del feix alterat que conté el missatge. També van confirmar que el missatge no podia ser descodificat per un observador extern que no tingués accés al feix de referència.

Tot i això, cal destacar que les proves han estat preliminars. Actualment cal concentrar-se en la velocitat de la modulació o la velocitat de transmissió.  El que importava era demostrar que la idea podia funcionar per això, aquesta proposta és similar al que s’utilitza per a altres formes de xifratge, com les comunicacions del caos, que van començar amb velocitats de transmissió baixes, però han vist com les taxes s’incrementen a mesura que les tècniques es van perfeccionat.

El GPC, es compara amb el sistema Rivest-Shamir-Adleman (RSA) que s’utilitza habitualment per codificar missatges d'avui en dia. To i així, hi han opinions en que, el sistema RSA, no és del tot segur. Però, sí que ho seria la GPC i també, és més eficaç d’implementar.

Font: Universitat Tècnica de Darmstadt.

Innovadora base de dades per la autoconducció.

Com es podria ensenyar als vehicles de conducció autònoma per adquirir una més profunda consciència del món que els envolta? Els ordinadors poden aprendre d’experiències passades per reconèixer patrons futurs que els poden ajudar a navegar de forma segura en situacions noves i imprevisibles?

Aquestes són algunes de les preguntes que els investigadors del AgeLab del MIT Center for Transport and Logistics i el Toyota Collaborative Safety Research Center (CSRC) estan tractant de respondre compartint una innovadora base de dades oberta anomenat DriveSeg.

Font: Li Ding, Jack Terwilliger.

Mitjançant el llançament de DriveSeg, el MIT i Toyota treballen per avançar en la investigació en sistemes de conducció autònoma que, de la mateixa manera que la percepció humana percep l’entorn de conducció com un flux continu d’informació visual.

Al compartir aquest conjunt de dades, s'espera motivar als investigadors, la indústria i altres innovadors a desenvolupar una nova visió i orientació en el modelat temporal de la IA que permeti la propera generació de les tecnologies per la conducció assistida i la seguretat automobilística.

La potencia predictiva, és una part important de la intel·ligència humana, sempre que es condueix, sempre es realitza seguiment dels moviments de l'entorn  per identificar potencials  riscos  i prendre decisions més segures. En compartir aquest conjunt de dades, s'espera accelerar la investigació sobre sistemes de conducció autònoms i les avançades funcions de seguretat més adaptades a la complexitat de l’entorn que ho envolta.

Fins a la data, les dades d’auto-conducció posades a la disposició de la comunitat investigadora han consistit principalment en la cerca d’imatges individuals i estàtiques que es podien utilitzar per identificar i fer un seguiment dels objectes comuns que es troben per la carretera i al seu voltant, com són les bicicletes, els vianants o els semàfors, mitjançant l’ús de “caixes que els encerclen dins dels seus llindars. Per contra, DriveSeg conté representacions més precises de molts d’aquests mateixos objectes de ruta comuns a nivell de píxel, però a través d'una òptica mitjançant una lent de vídeo en continu que s'usa per la conducció. Aquest tipus d'escena complerta i  segmentació pot ser especialment útil per identificar objectes més amorfs, com ara la construcció de carreteres i la vegetació, que no sempre tenen formes tan definides i uniformes.

La percepció duna escena de conducció basada en vídeo, proporciona un flux de dades que s’assemblen més a les situacions dinàmiques de  la conducció en un món real. També permet als investigadors explorar els patrons de dades a mesura que es reprodueixen durant el pas del temps, cosa que podria  portar nous avenços en l'aprenentatge de màquines, comprensió d'escenes i predicció del comportament.

Font: Li Ding, Jack Terwilliger.

DriveSeg està disponible de forma gratuïta i pot ser utilitzat per investigadors i la comunitat acadèmica amb finalitats no comercials. Les dades es componen de dues parts. El DriveSeg (manual) és  un vídeo de 2 minuts i 47 segons d'alta resolució capturat en el decurs d'un viatge durant el dia pels carrers molt transitats de Cambridge, Massachusetts. Els 5.000 fotogrames del vídeo s'anoten densament de forma manual amb etiquetes humanes per píxel de 12 classes d'objectes de les  carreteres.

DriveSeg (Semi-Auto) són 20.100 fotogrames de vídeo (67 clips de vídeo de 10 segons) extretes a partir de les dades del consorci MIT Advanced Vehicle Technologies (AVT). DriveSeg (Semi-auto) està etiquetat amb la mateixa anotació semàntica en píxels que ve en el DriveSeg (manual), tret que les anotacions es completessin mitjançant un nou enfocament d'anotació semiautomàtica desenvolupat per MIT. Aquest enfocament empra els esforços tant manuals com computacionals per anotar les dades de manera més eficient amb un cost inferior a l’anotació manual. Aquest conjunt de dades es va crear per avaluar la viabilitat d’anotar una àmplia gamma d’escenaris de conducció del món real i valorar el potencial dels sistemes de percepció de vehicles d’entrenament en etiquetes de píxels creades mitjançant sistemes d’etiquetatge basats en AI.

Font:  AgeLab del MIT Center for Transport and Logistics i el Toyota Collaborative Safety Research Center