Internet of Things, Internet das Coisas, IoT, são termos que referem-se à interconexão de objetos físicos à internet, permitindo que eles coletem, compartilhem e recebam dados entre si ou com sistemas centrais sem a necessidade de intervenção humana.
Esses “objetos” podem ser desde eletrodomésticos e veículos até sensores industriais, dispositivos médicos, ou sistemas de iluminação inteligente.
Neste artigo iremos listar os principais conceitos e tecnologias que você precisa conhecer para se tornar um expert no assunto.
No futuro, cada tópico terá um artigo específico para tratar do conceito.
Este é só o começo. Temos muito para aprender pela frente!
O que significa IoT
A definição mais conhecida é a de que o IoT é a rede de objetos físicos que contém tecnologia embutida para se comunicar e interagir com seu ambiente externo, seja pela coleta de dados ou pelo controle remoto.
O conceito foi formalizado por Kevin Ashton em 1999. Ele era um pesquisador do MIT, e usou o termo pela primeira vez em uma apresentação sobre RFID (Identificação por Rádio Frequência).
Ashton percebeu o potencial de conectar sensores à internet para coletar e compartilhar informações em tempo real.
Entretanto, o conceito de enviar dados remotamente existe desde o século 19, era chamado telemetria. Dados meteorológicos ou monitoramentos de máquinas industriais eram feitos à distância, por rádio ou outros meios disponíveis.
Já o M2M(machine-to-machine) evoluiu da telemetria(ou telemedição), se tornando o precursor direto do IoT.
A grande diferença é que o IoT nasceu na era da Internet, que ampliou o alcance e a conectividade, graças a uma rede padronizada e global.
Na telemetria e no M2M muitas vezes era necessário meios de comunicação privados e caros.
O IoT permitu que qualquer objeto(carros, roupas e casas) pudesse se conectar à rede, seja por Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G ou mesmo cabos de rede para enviar seus dados para análise de dados avançada e uso de inteligência artificial.
Principais conceitos do IoT
A seguir, uma relação dos principais conceitos que formam todo o “ecosistema” do IoT.
Como comentado anteriormente, cada conceito terá um artigo específico para tratar do assunto com uma profundidade melhor.
1. Sensores e Atuadores
Este conceito não é novidade para quem vem da automação industrial. Sensores e atuadores fazem parte do dia-a-dia de Engenheiros Eletricistas ou Engenheiros de automação.
- Sensores: Dispositivos que capturam dados do ambiente (como temperatura, luz, umidade).
- Atuadores: Dispositivos que executam ações físicas com base nos dados recebidos (por exemplo, abrir uma válvula).
2. Protocolos de Comunicação
Protocolos de comunicação permitem que dispositivos de fabricantes diferentes conversem entre si e gerem dados em formato padronizado para serem processados posteriormente.
- Conjuntos de regras que permitem a comunicação entre dispositivos IoT. Exemplos incluem MQTT, CoAP, HTTP, LoRaWAN, e Zigbee.
3. Redes de Sensores
Agrupamento de sensores com finalidade específica, podem cobrir áreas geográficas, estarem relacionados com uma função específica, como temperatura de estufas, e outra rede de sensores de umidade das áreas de plantio, em uma solução para agricultura.
- Grupos de sensores interconectados que coletam e enviam dados de um ambiente específico.
4. Arquitetura de IoT
Uma racionalização dos componentes necessários para que uma aplicação IoT seja gerenciável e segura. Além dos sensores e atuadores é preciso desenhar os outros componentes da arquitetura: autenticação de dispositivos, servidores em nuvem, aplicação, dispositivos que irão processar os dados localmente antes de mandar para o armazenamento central,etc.
- Modelo de camadas que descreve como os componentes de IoT se conectam: Dispositivos (edge devices), Gateway, Nuvem (Cloud), e Aplicação.
5. Cloud Computing (Computação em Nuvem)
Parte importante da arquitetura IoT. Servidores em nuvem garantem escalabilidade, disponibilidade e segurança da aplicação IoT.
- Uso de servidores remotos para armazenar, gerenciar e processar os dados coletados pelos dispositivos IoT.
6. Edge Computing (Computação de Borda)
É o processamento de dados perto da fonte (nos dispositivos ou gateways), ao invés de enviar tudo para a nuvem, reduzindo latência e consumo de banda.
Dois exemplos de EDGE Computing:
- o processamento dados de uma rede de sensores meteorológicos pode ser realizado na “borda”, próximo aos sensores, como por exemplo, numa estação 5G que roda um servidor virtualizado da aplicação. Minimizando, assim, o volume de dados enviado e a carga de processamento necessário na estrutura central.
- Servidores de jogos virtualizados rodando em uma estação 5G proxima à residencia do assinante do serviço. Toda o processamento é feito geograficamente proximo ao cliente, diminuindo assim a latência e proporcionando uma experiência de jogo muito melhor ao usuário. Ok, este não é um exemplo tão IoT assim, porque eu tenho um ser humano interagindo com os objetos da solução. Mas serve para ilustrar o conceito de computação de borda.
7. Big Data e Analytics
Imagine a quantidade de dados geradas por sensores em uma planta industrial, uma fazenda, um hospital, uma escola. Os dados coletados, isoladamente, pouco significam, mas em conjunto podem gerar inteligência que não seria possivel de outra fora.
Por exemplo: uma cadeia de varejo começa a monitorar 24/7 a temperatura de suas câmaras frigoríficas e com isso descobre falhas de infraestrutura, problemas de operação(portas esquecidas abertas), e com isso garante a qualidade dos produtos armazenados, preservando a infraestrutura e economizando energia elétrica.
- Técnicas e ferramentas para armazenar, processar e analisar grandes volumes de dados gerados por dispositivos IoT.
8. Inteligência Artificial (IA) e Machine Learning (ML)
Complementando o Big Data e Analytics, a IA consegue inferir tendências e anomalias com base nos dados coletados.
- Aplicação de IA e ML para automatizar ações e gerar insights a partir dos dados de IoT, como detecção de padrões e previsões.
9. Segurança em IoT
Como qualquer equipamento na Internet, os dispositivos IoT também têm de estar sobre uma camada de segurança.
- Conceitos e práticas para garantir a proteção dos dispositivos e redes IoT contra ameaças, como criptografia, autenticação, e atualizações de firmware.
10. Protocolos de Segurança
- Padrões como TLS/SSL, DTLS, e técnicas de autenticação e controle de acesso para proteger a comunicação.
11. Interoperabilidade
- Capacidade dos dispositivos de diferentes fabricantes se conectarem e trocarem dados de maneira transparente.
12. Tecnologias de Conectividade
- Diferentes meios para conectar dispositivos: Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G, NB-IoT, Sigfox, e Z-Wave.
13. Plataformas IoT
Plataformas IoT podem ser um início mais racional para quem vai investir em IoT, por prover toda a infraestrutura necessária para conectar seus sensores e atuadores com suas aplicações. Os grandes provedores já montaram plataformas robustas e escaláveis para sua solução IoT.
- Softwares que ajudam a gerenciar dispositivos IoT, armazenar e analisar dados, como AWS IoT, Azure IoT, Google Cloud IoT.
14. Gateways IoT
Normalmente um dispositivo físico com software que recebe os dados dos dispositivos IoT, além de controlar autenticação dos mesmos.
- Dispositivos que fazem a ponte entre os dispositivos IoT e a nuvem, processando e filtrando dados.
15. Wearables
- Dispositivos IoT vestíveis, como relógios inteligentes e rastreadores de fitness.
16. IoT Industrial (IIoT)
- Aplicação de IoT no setor industrial para monitorar e automatizar processos em fábricas, energia, transporte, etc.
17. Smart Cities
- Cidades inteligentes que utilizam IoT para melhorar serviços urbanos como tráfego, energia, iluminação, e coleta de lixo.
18. Automação Residencial
- IoT aplicado em casas para automação de dispositivos como luzes, fechaduras, e sistemas de segurança (ex: Alexa, Google Home).
19. Blockchain e IoT
Apesar de haver iniciativas no sentido de integrar blockchain e IoT não vejo tanta vantagem se comparada a ofertas de plataformas IoT dos grandes provedores. Ainda é um conceito que precisa se provar.
- Uso de blockchain para garantir a integridade dos dados e aumentar a segurança em redes IoT distribuídas.
20. Gêmeos Digitais (Digital Twins)
Este é um conceito interessante que não vejo ser tão aplicado assim. Pode ser aplicado a uma bomba de recalque em um hotel até a componentes de um foguete da SpaceX. Basicamente é replicar o comportamento em tempo real de um dispositivo monitorado remotamente, com os dados obtidos via sensores.
- Réplicas digitais de objetos físicos, usadas para monitorar e simular o comportamento de dispositivos IoT em tempo real.
21. Data Privacy (Privacidade de Dados)
- Garantia de que os dados coletados pelos dispositivos IoT são manipulados de maneira ética e segura, respeitando a privacidade dos usuários.
22. Normas e Regulações
- Padrões e legislações que regulam o uso de IoT, como o GDPR na Europa, ou padrões industriais como ISO/IEC 30141.
Uma breve história do IoT
Particularmente, gosto de conhecer a linha do tempo que ajudou a desenvolver a tecnologia até os dias atuais.
Penso que saber de onde viemos ajuda a projetar para onde podemos ir.
Assim, vou deixar aqui uma linha do tempo do IoT, desde o século XIX até chegar hoje ao IoT em 5G.
Linha do Tempo do IoT
Século XIX – Início da Telemetria
- 1850s: Primeiras experiências com telemetria para monitoramento remoto. O setor ferroviário e meteorológico usava sistemas primitivos de transmissão de dados por telégrafo.
1940s – Telemetria Militar e Industrial
- 1940-50s: Telemetria é utilizada em aplicações militares e em testes de mísseis para coletar dados remotamente, ajudando no desenvolvimento de sistemas balísticos.
1960s – Primeiras Redes de Sensores
- 1965: Sistemas de telemetria mais avançados começaram a ser usados em redes de sensores remotas, principalmente para monitorar condições ambientais e industriais.
1970s – Surge o M2M (Machine-to-Machine)
- 1970s: Surge o conceito de Machine-to-Machine (M2M), que envolve a comunicação direta entre máquinas usando redes privadas, sem intervenção humana. Usado em automação industrial e telecomunicações.
1980s – Redes de Computadores e Internet
- 1982: O primeiro dispositivo “inteligente” é criado: uma máquina de Coca-Cola na Universidade Carnegie Mellon, que era capaz de relatar seu estoque e se as bebidas estavam geladas via internet.
- 1980s: O uso de redes de computadores, como ARPANET, acelera o desenvolvimento de tecnologias que formam a base da internet.
1990s – O Termo “Internet of Things” e RFID
- 1991: Surge a World Wide Web, e a conectividade global se expande rapidamente.
- 1999: Kevin Ashton cunha o termo Internet of Things ao apresentar o uso de RFID (Identificação por Rádio Frequência) para rastreamento de produtos no MIT. A ideia era conectar o mundo físico à internet para melhor gestão de estoques.
2000s – Expansão da IoT
- 2000-2010: A conectividade começa a se expandir para além de computadores e smartphones, com a criação de dispositivos inteligentes conectados à internet (como sistemas de segurança doméstica e gadgets inteligentes).
- 2008: A IoT supera o número de pessoas conectadas à internet pela primeira vez, quando o número de dispositivos conectados atinge 10 bilhões.
2010s – Explosão do IoT e Cloud Computing
- 2010-2015: O conceito de Smart Homes e Cidades Inteligentes ganha tração, com dispositivos como o Nest Thermostat e lâmpadas inteligentes da Philips Hue. O uso de computação em nuvem cresce, permitindo a análise de grandes volumes de dados coletados por dispositivos IoT.
- 2013: O Gartner coloca o IoT em evidência global com previsões sobre sua importância futura e o impacto econômico de trilhões de dólares até 2025.
- 2016: Amazon Alexa populariza o uso de assistentes de voz integrados a dispositivos IoT, transformando o conceito de casas conectadas em uma realidade acessível.
2020s – IoT e 5G
- 2020: A rede 5G começa a ser amplamente implementada. O 5G é um grande catalisador para o IoT, oferecendo baixa latência, alta capacidade de dispositivos e maior velocidade de transmissão de dados.
- 2021-2024: O 5G permite aplicações como veículos autônomos, telemedicina em tempo real, fábricas inteligentes e o crescimento massivo da Internet das Coisas Industrial (IIoT).
Hoje – IoT em 5G e Além
- Atualmente, o IoT é impulsionado por redes 5G, inteligência artificial e big data, permitindo a automação em larga escala, especialmente em setores críticos como saúde, transporte e manufatura. A expectativa é que até 2030, trilhões de dispositivos estejam conectados globalmente, com aplicações avançadas em cidades inteligentes, agricultura de precisão, e logística automatizada.
Conclusão
Eu gosto de começar a estudar sobre tecnologias estruturando a pesquisa desta maneira: quais os pilares que sustentam a tecnologia e os principais marcos temporais dela, para ter uma visão geral de onde a tecnologia veio e para onde ela pode ir.
A Internet of Things (IoT) representa a culminação de uma longa jornada tecnológica que começou com a telemetria no século XIX, evoluiu para o M2M (Machine-to-Machine) e hoje, com o suporte de tecnologias avançadas como cloud computing, edge computing e inteligência artificial, transformou-se em uma rede global de dispositivos interconectados.
Com o custo dos componentes para computação diminuindo drasticamente foi possível levar “inteligência” aos objetos físicos. Isso é ir além da comunicação entre máquinas, isso é o IoT.
Dados podem ser gerados e processados em tempo real, decisões podem ser tomadas em campo, montanhas de dados podem ser coletados dos dispositivos espalhados pelo mundo.
A conectividade foi fundamental para viabilizar o IoT, desde os sinais de telégrafo até as modernas redes 5G, que permitem aplicações com bilhões de dispositivos gerando dados em tempo real com baixa latência.
Essa jornada também nos levou à criação de novos paradigmas, como as cidades inteligentes, a automação residencial, e o IoT industrial (IIoT), que agora dependem de redes de sensores e atuadores, grandes volumes de dados e inteligência computacional para otimizar processos, aumentar a eficiência e melhorar a qualidade de vida.
Cada conceito abordado, desde sensores e atuadores até gêmeos digitais e blockchain, forma uma peça importante do quebra-cabeça que é o ecossistema IoT. Essa interconexão de tecnologias e dados cria um mundo onde o físico e o digital estão completamente integrados.
Com a chegada do 5G, o IoT entrou em uma nova fase, permitindo a adoção massiva de soluções avançadas em setores críticos, como saúde, transporte e indústrias, pavimentando o caminho para inovações disruptivas, como veículos autônomos, telemedicina, e fábricas inteligentes.
Em resumo, o IoT é o resultado de uma evolução constante de conceitos tecnológicos que agora permitem um mundo onde máquinas e objetos físicos podem colaborar de forma independente e automatizada. Para dominar o IoT, é essencial entender como esses conceitos evoluíram e como cada um deles contribui para o vasto e dinâmico ecossistema que se expande a cada dia.