Desarrollo de Postes Inteligentes, seguros y versátiles para ciudades inteligentes

Las ciudades crecen en área y población a tal punto que el 56.2% de la población actual vive en áreas urbanas y se estima que para 2050 la cifra aumente al 68%. Esto plantea desafíos importantes que los gobiernos de las ciudades deberán enfrentar en materia de seguridad, privacidad, sostenibilidad, movilidad y cuidado del medio ambiente. Es en este sentido, el desarrollo de las ciudades inteligentes es cada vez más importante y necesario, entendiendo que una ciudad inteligente es aquella en la que se aplican las tecnologías de la información y la comunicación para que su infraestructura garantice el desarrollo sostenible, mejore la calidad de vida de los ciudadanos y se gestione de forma más eficiente el uso de los recursos disponibles. 

A partir de dicha necesidad, en PRETECOR, desarrollamos postes inteligentes que permiten integrar en su estructura el monitoreo de datos para procesarlos y compartirlos en tiempo real para uso y análisis en la toma de decisiones oportunas. Según la Consumer Technology Association, se espera que para 2022 se ejecuten USD 34,35 mil millones en proyectos enfocados al desarrollo de ciudades inteligentes en todo el mundo.  

Las ciudades inteligentes, están orientadas al desarrollo de infraestructuras que permitan el seguimiento de los datos para que puedan ser procesados ​​y compartidos en tiempo real con la ciudadanía y los gobiernos locales. Razón por la cual, se necesitan elementos seguros que permitan la incorporación de sensores para la adquisición de datos, pero al mismo tiempo sirvan para presentar estos datos al público.  

Por años, las ciudades han utilizado postes para soportar luminarias, redes eléctricas y redes de datos, entre otros dispositivos. Estos postes se han fabricado con materiales como madera, metal, acero, hormigón y, en los últimos tiempos, poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV).  

Los postes de madera han sido muy utilizados en países como Estados Unidos, donde gran parte de sus redes eléctricas están formadas por ellos. Esto se debe a su bajo costo y facilidad de producción (Merschman et al., 2020). Sin embargo, la madera es un material orgánico, que se degrada con el tiempo, haciendo que se pierda su resistencia y aumente la probabilidad de accidentes.  

De la misma forma, están los postes de acero o metal que requieren un mantenimiento constante para evitar la corrosión provocada por los rayos ultravioleta y la lluvia, lo cual reduce considerablemente su vida útil y aumenta los costos de mantenimiento. Adicional, este tipo de postes no son dieléctricos, y pueden representar un riesgo para los ciudadanos. 

Los postes de hormigón tienen mejores propiedades que los anteriores, una vida útil más larga, mayor resistencia a las condiciones ambientales y menor corrosión. Este tipo de postes tienen el inconveniente de que su peso puede ser alrededor de diez veces el de otro tipo de postes, y los costos logísticos para su transporte e instalación suelen ser elevados. 

Finalmente, se encuentran los postes de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) que son livianos, resistentes a la corrosión, resistentes a los rayos UV y tienen una vida útil de alrededor de 50 años. Estos postes aumentan la seguridad para el transporte, la instalación y para el público que interactúa a su alrededor. En caso de accidentes automovilísticos en su contra, presenta una mejor absorción de impactos, y además de ser ligeros, reducen el riesgo de aplastamiento. En ese sentido, los postes de PRFV son los más adecuados y seguros para entornos urbanos. Estos postes en su método de producción utilizan resina hecha de material reciclado, lo que también tiene un impacto positivo en el medio ambiente. 

Los postes de iluminación existentes adoptan generalmente un sistema de iluminación compuesto por una lámpara. Este tipo de sistema se limita a iluminar las calles, desperdiciando la oportunidad que tienen de servir para presentar información a la ciudadanía.  

Purkayastha (Purkayastha et al., 2019) diseñó un sistema de postes inteligentes utilizando Internet de las cosas (IOT), este sistema tenía paneles solares, batería y estaba controlado por un Arduino Uno. La comunicación entre los postes se realizaba a través de LoRaWAN y GPRS, además contaba con una pantalla LCD para presentar la información recibida.  

Konstantin (Konstantin et al., 2019) realizó un estudio del comportamiento de la temperatura interna de un poste inteligente, con el fin de garantizar que todos los componentes electrónicos estuvieran en el rango de funcionamiento adecuado, entendiendo que la ubicación de ventiladores en la parte superior de la estructura mejoraría su comportamiento.  

Achaliya (Achaliya et al., 2018) realizó un prototipo a escala de un sistema de postes inteligentes para la prevención de accidentes en carreteras con curvas ciegas. Para ello, se apuntó a la detección de vehículos detenidos mediante sensores ultrasónicos, que permitían informar a los postes inteligentes cercanos para que avisara oportunamente a los conductores.  

Donato (Donato et al., 2018) llevó a cabo el diseño seguro y sostenible de postes inteligentes para ser utilizados con tecnologías inalámbricas 5G. Analizando la atenuación producida por la incorporación del equipo en el poste inteligente, constatando la viabilidad de su uso para este tipo de dispositivos inalámbricos.  

Tat (Tat et al., 2018) realizó un estudio de viabilidad sobre la conectividad de postes inteligentes basado en la Plataforma de Comunicación LPWA IoT para Aplicaciones Industriales, este protocolo de comunicación se caracteriza por ser de bajo consumo, lo que tendría un importante impacto económico y ambiental.  

Zhang (Zhang et al., 2019) propuso un diseño teórico de un poste inteligente híbrido que integraría luminarias y un sistema de carga de vehículos eléctricos basado en energías renovables, mencionando que es una opción viable y se puede gestionar a través de una plataforma en la nube.  

Finalmente, Atif (Atif et al., 2019) realizó el análisis de datos para la predicción y orientación de la disponibilidad de estacionamiento obtenida con la implementación de postes inteligentes en las intersecciones en una simulación. 

Este estudio propone el desarrollo de un poste inteligente en PRFV, visualmente estético, mínimamente invasivo, adaptable al entorno y enfocado al ciudadano como eje central de las ciudades inteligentes. Se trata de un elemento integrador que contribuye a mejorar la calidad de vida de los ciudadanos, su bienestar, seguridad y una contribución significativa al medio ambiente.  

El poste inteligente se integra en la infraestructura urbana de las ciudades inteligentes como medio informativo para los ciudadanos, utilizando la estructura robusta que tradicionalmente se utiliza para soporte de iluminación, redes de distribución eléctrica y antenas. A través de la incorporación de sensores, cámaras, iluminación LED y materiales fabricados con insumos reciclados, el poste inteligente permite la adquisición de datos y presentación de información a través de pantallas electrónicas de hasta 360° y señales visuales. Este desarrollo permitirá que los ciudadanos comunes y los agentes estatales tomen decisiones informadas. 

El poste inteligente se compone de una estructura externa (poste translúcido en PRFV), y una estructura interna que soporta los componentes electrónicos (iluminación, potencia y control).

En su desarrollo, se tuvieron en cuenta las siguientes pautas ambientales: Para la estructura externa, Tiempo de uso y tipo de materia prima (material reciclado).
Para la estructura interna, que soporta los componentes electrónicos, en la medida de lo posible uso de material reciclable como plástico y aluminio. Para los componentes electrónicos, la eliminación de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (WEEE), según lo definido por la normativa de cada país.

Los requisitos para la fabricación de los postes fueron: Consumo de energía: Uso de tecnología LED, que es más eficiente que otras tecnologías, como fuente de alimentación de alto rendimiento con bajas pérdidas. Impacto visual positivo: Diseño que se integra con el urbanismo de la ciudad, ocupación de pequeñas áreas que buscan minimizar el impacto en la vista y cumplimiento de la normativa publicitaria. Desarrollo de actividades de mantenimiento: Facilidad de cambio de piezas electrónicas por averías o deterioro.

Los requisitos de producción fueron: Facilidad de adquisición de materias primas. Cumplimiento de requisitos ambientales para proveedores, Estandarización de componentes para integrar en familias de productos (Diseño universal). Diseño versátil con facilidad de transporte para reducir el consumo de energía y la emisión de material particulado. Postes seccionados o modulares. Envases y embalajes con material reciclado.

La tecnología de los postes inteligentes se ha desarrollado en el uso de un elemento que tradicionalmente tenía una aplicación muy específica. La estructura ha sido diseñada para el ciudadano común, visualmente estética, mínimamente invasiva, adaptable a su entorno y las necesidades de la comunidad, con un potencial de implementación global. y que permite visualizar la información desde el interior del poste, sin necesidad de elementos externos. Con este poste inteligente, la forma en que las personas ven los postes cambiará para siempre.

La incursión de la tecnología 5G requerirá el fortalecimiento de sus redes de transmisión, y el uso de antenas de mayor tamaño en espacios públicos, lo que favorece la geometría y materiales dieléctricos de este poste inteligente (que no generan interferencias) para su ubicación en grandes corredores viales, esto potencializa su uso para la difusión de información y difusión de señales informativas y permitirá la captura y transmisión de una mayor cantidad de datos con fines de telegestión y seguimiento.

Los postes inteligentes constan de un cuerpo estructural externo con una cavidad interna, dicha estructura externa es en PRFV translúcido, y una estructura interna en la cavidad estructural del cuerpo. Este desarrollo incorpora sensores, microcontroladores, software de control desarrollado, iluminación programable y telegestión. A diferencia de otros estudios, tecnologías o desarrollos, estos componentes se encuentran protegidos dentro del poste, siendo menos susceptibles al vandalismo, o daños por condiciones ambientales.

Los postes inteligentes crean espacios urbanos icónicos a medida que interactúan con el ciudadano y presentan información de interés de diferentes fuentes como sensores o centros de control. Esta interacción permite acercar cada vez más el mundo moderno a las personas, y conectar las ciudades y territorios con sus ciudadanos.

Con el desarrollo de postes inteligentes en fibra de vidrio, los postes evolucionaron para convertirse en elementos arquitectónicos para el desarrollo del paisaje urbano. El concepto de poste pasa de ser un elemento que choca con el entorno, a un elemento que convive con él, que contribuye a darle vida y color o, por el contrario, que puede mimetizarse con él.

El poste inteligente integra diversas tecnologías de la Industria 4.0 que son fundamentales para el desarrollo de ecosistemas para las ciudades inteligentes, ciudades que planifican y orientan sus acciones hacia la sostenibilidad y la inclusión, y que conectan y se adaptan a los desafíos y expectativas de las personas que lo habitan para garantizar el bienestar común de las ciudades que incluyen la tecnología como parte de la solución a sus problemas y como generadora de calidad de vida.

Los postes inteligentes en un futuro próximo, permitirán desarrollos orientados al medio ambiente, gestión de riesgos, movilidad inteligente, creación de entornos productivos y competitivos, cultura ciudadana, seguridad, salud, ocio y gobierno digital.