Computação ubíqua

O que é Computação Ubíqua ?

O termo Computação Ubíqua, foi definido pela primeira vez pelo cientista chefe do Centro de Pesquisa Xerox PARC, Sr Mark Weiser (Foto na figura 1) , através de seu artigo “O Computador do Século 21 (The Computer for the 21st Century ). Weiser publicou este artigo no final dos anos 80, e já nesta época previa um aumento nas funcionalidades e na disponibilidade de serviços de computação para os usuários finais, entretanto a visibilidade destes serviços seria a menor possível. Para ele, a computação não seria exclusividade de um computador, uma simples caixa mesmo que de dimensões reduzidas e, sim, diversos dispositivos conectados entre si:

“Ubiquitous computing” in this context does not just mean computers that can be carried to the beach, jungle or airport. Even the most powerful notebook computer, with access to a worldwide information network, still focuses attention on a single box. By analogy to writing, carrying a super-laptop is like owning just one very important book. Customizing this book, even writing millions of other books, does not begin to capture the real power of literacy.”

“A Computação Ubíqua neste contexto não significa um computador que possa ser transportado para a praia, o campo ou o aeroporto. Mesmo o mais poderoso notebook, com acesso a Internet ainda foca a atenção do usuário numa simples caixa. Comparando à escrita, carregar um super-notebook é como carregar um livro muito importante. Personalizar este livro, mesmo escrevendo milhões de outros livros, não significa capturar o real poder da Literatura” (Tradução Livre).

Numa época em que os usuários de computação ao executarem suas tarefas lançavam mão de PCs (Desktops),e detinham grande parte de sua atenção e conhecimento na operação do computador em si, Weiser teorizou que futuramente o foco destes usuários ficaria voltado para a tarefa, e não para a ferramenta utilizada, utilizando-se de computação sem perceber ou necessitar de conhecimentos técnicos da máquina utilizada (The world is not a desktop – Mark Weiser – Interactions – Janeiro de 1994 – pp 7-8) . Através da evolução dos Sistemas de Informação Distribuídos (SID), percebido inicialmente com o desenvolvimento da Internet, e a ampliação das opções de conexões, verifica-se que a Computação Ubíqua já é realidade comprovado pelos benefícios que a Computação Móvel trouxe aos usuários. Celulares com acesso à Web, Laptops, Redes WIFI, Lousas Digitais, I-Pods e o maior expoente de todos, o I-Phone, permitem ao mais leigo, sem perceber, a utilização a qualquer momento e em qualquer lugar de um sistema de computação, através de um software e/ou uma interface.

1 – Mark Weiser (?23/07/1952 – † 27/04/1999) – em sua visita a Búzios- Brasil em 1998 (Fotografia por Bia Ronai) – Fonte: http://sandbox.parc.com/weiser/buzios/

Conceitos

Conforme Weiser e Brown (THE COMING AGE OF CALM TECHNOLOGY[1], 1996), a computação eletrônica passou por duas grandes eras:

• A era do Mainframe – muitas pessoas compartilhando um computador.
• A era do PC (Computador Pessoal) – Um computador para uma pessoa.

E hoje, após uma transição pelo período da Internet e da Computação Distribuída, entramos na Era da Computação Ubíqua – muitos computadores compartilhando cada um de nós.

Para se entender e posicionar a UbiComp (Computação Ubíqua) é necessário ter em mente alguns conceitos. Resumidamente a UbiComp está posicionada entre a Computação Móvel e a Computação Pervasiva.

2– http://upload.wikimedia.org/wikibooks/pt/b/b0/FiguraComputacaoMovelPervasicaUbiqua.JPG

Computação Móvel

Computação Móvel é a capacidade de um dispositivo computacional e os serviços associados ao mesmo serem móveis, permitindo este ser carregado ou transportado mantendo-se conectado a rede ou a Internet.

Verifica-se este conceito hoje na utilização de redes sem fio, acesso à internet através de dispositivos celulares ou mesmo através do próprio celular.

Também podemos verificar o crescimento de aplicações Bluetooth seja através de fones de ouvido sem fios, impressoras fotográficas ou mouses sem fio.

Computação Pervasiva

Este conceito define que os meios de computação estarão distribuídos no ambiente de trabalho dos usuários de forma perceptível ou imperceptível.

Através deste conceito, supõe-se que o computador estaria distribuído no ambiente, e não seria apenas uma máquina em cima da mesa. Dotados de sensores, o computador seria capaz de detectar e extrair dados e variações do ambiente, gerando automaticamente modelos computacionais controlando, configurando e ajustando aplicações conforme as necessidades dos usuários e dos demais dispositivos. Conforme esta interação, cada integrante do conjunto seria capaz de detectar a mútua presença, tanto dos usuários como dos demais dispositivos, e interagir automaticamente entre eles construindo um contexto inteligente para sua melhor utilização.

Computação Ubíqua

Logo, conforme exposto na figura 2, a Computação Ubíqua beneficia-se dos avanços tecnológicos de ambos os ramos de pesquisa. Portanto, a UbiComp é a integração entre a mobilidade com sistemas e presença distribuída, em grande parte imperceptível, inteligente e altamente integrada dos computadores e suas aplicações para o benefício dos usuários.

Interfaces

A UbiComp necessita de avanços na capacidade de comunicação entre humanos e computadores, tornando o processo o mais natural possível. Para tanto, o desenvolvimento de Interfaces Naturais é peça fundamental neste processo.

Os esforços até hoje se focaram no reconhecimento da voz e da escrita, entretanto esbarram nos erros que ocorrem naturalmente no sistema. Portanto a Computação Ubíqua inspira o desenvolvimento de aplicações que não utilizam exclusivamente o desktop, estimulando a interação física entre humanos e computadores, diferente do que atualmente é feita com mouse e teclado.

Para isso o desafio dos programadores será o de criar interfaces capazes de reconhecerem não apenas a fala e a escrita, mas também os gestos, expressões e principalmente aliar todos estes dados ao contexto das operações, podendo inclusive captar alterações do meio ambiente operacional e armazenar em memória experiências anteriores. Em suma, o computador deverá ser capaz de “aprender” com as experiências reais anteriores, relacionando comandos bem sucedidos a dados recebidos de seus sensores, e não apenas traduzindo comandos em linguagem de máquina.

Do lado do usuário, como as ferramentas se tornarão mais transparentes, este poderá focar diretamente no processo principalmente na troca de dados, comunicações entre as pessoas e o compartilhamento de informações.

Estas interfaces desenvolvidas fornecerão ferramentas (ou aplicações) aos usuários através de conceitos como a Computação Cooperativa e de Ambientes Inteligentes, utilizando-se dos benefícios de ambos para compor sua área de atuação.

Computação Cooperativa

Quando em 1875 os editores do Oxford English Dictionary (Inglaterra) iniciaram o projeto para criar o dicionário mais completo da língua inglesa, estes decidiram procurar a ajuda de voluntários para a tarefa divulgando a empreitada através de cerca de mil panfletos espalhados por livrarias.

A idéia deste dicionário não seria a de ditar simplesmente o significado das palavras, mas captar as alterações de significado ao longo do tempo. Portanto, foi pedido a estes voluntários que procurassem em livros específicos citações interessantes de palavras também interessantes e enviassem o formulário de volta a editora.

O que os editores não esperavam foi que após seis anos foram compiladas setecentos mil tiras de papel de um número enorme de voluntários. A primeira parte do dicionário foi publicada em 1884 e cobria apenas verbetes de A a ANT.

O dicionário foi finalmente concluído em 1928 tendo sido processado seis milhões de panfletos.

Este exemplo exemplifica o que no século XIX seria um esboço do que se transformou ma Computação Cooperativa, tendo o Wikipédia (http://www.wikipedia.org) hoje como seu maior expoente.

A computação então tornar-se-ia uma ferramenta para o compartilhamento de informações, agregando dados criados por usuários de qualquer parte do mundo.

Ambientes Inteligentes

O desenvolvimento de um ambiente computacional inteligente procura criar formas de evitar que o usuário necessite ir até o computador ou dispositivos, fazendo com que diversos dispositivos funcionem à distância (Computação Móvel).

Na criação destes ambientes, os seguintes elementos podem ser utilizados e combinados entre si:

Interfaces Hands-Free (sem as mãos)

Tecnologias já desenvolvidas ou em fase de desenvolvimento como Reconhecimento de Voz, Liveboards, Pads e Tabs quando instaladas em uma sala e utilizadas em conjunto permitirão que uma pessoa se mova pelo ambiente enquanto permanece em contínua interação com o computador.

Consciência de Contexto

Indo além da interação física do usuário, sensores espalhados pelo meio (sala) poderão detectar o que acontece ao redor, o que as demais pessoas em uma reunião estão fazendo ou dizendo e até mesmo outros dados como luminosidade, temperatura, expressões faciais, direção do olhar entre outros.

Estes dados poderão ser disponibilizados para as aplicações e através de modelos computacionais as interfaces poderão “entender” o que está acontecendo ao redor do usuário e adaptar-se ou tomar decisões, alterando e facilitando a comunicação com o humano. Esta definição é conhecida como Consciência de Contexto.

Ambientes Inteligentes

É o conjunto de tecnologias que, trabalhando de maneira integrada, permite o entendimento automático de certas situações, ativando instruções ou respondendo comandos pré-programados, mesmo sem instruções explícitas do usuário. Podemos exemplificar um Ambiente Inteligente quando computadores podem identificar a presença humana, desligando luzes e dispositivos na ausência dos mesmos, ou ativando o aquecedor ou ar-condicionado na temperatura ideal para cada usuário. Se estas atividades acontecem sem a intervenção do usuário, podemos chamá-la também de Computação Invisível.

Redes Wireless

A Computação Ubíqua não pode ser definida através de hardwares com sensores e câmeras. Nem tampouco podemos dizer que Computadores Portáteis (Smartphones por exemplo) com conexões Wirelles também são “Computadores Ubíquos”.

Ou seja, a Computação Ubíqua também não pode ser definida pela Computação Móvel, mas esta seria a maior contribuição para alcançá-la em sua totalidade.

O termo mais comum utilizado na Computação Móvel é o Wireless (sem fio) ou Wi-Fi (wireless fidelity), utilizado para designar pequenos receptores e transmissores de rádio no Reino Unido no início de sua invenção e hoje, muito mais avançada, acoplada aos computadores ou PDAs transmitindo sinais digitais.

Com a evolução e o aumento da disponibilidade do acesso à Internet, diversos provedores (ISP) utilizaram dessa tecnologia para prover serviços a seus clientes. Com o barateamento dos custos dos equipamentos, corporações, prestadores de serviços e principalmente estabelecimentos comerciais passaram a prover acesso à Internet através de redes sem fios à seus clientes, em sua grande maioria Cafeterias e Livrarias nos Estados Unidos e Europa, popularizando seu uso.

Estes pontos de acesso á Internet que possibilitavam acesso sem fio à rede foram chamados de Hotspot Wi-Fi, e deram suporte ao crescimento do uso de laptops, dispositivos portáteis e, hoje, ao I-Phone.

Através desta estrutura, aliado a consolidação desta tecnologia no mercado, a Computação Ubíqua terá fundações para permitir a conexão dos dispositivos e sensores necessários à sua total funcionalidade.

Ambientes Inteligentes

Assim como as Redes Wireless (Computação Móvel) servirá de sustentação para a comunicação de todos os dispositivos, os Ambientes Inteligentes serão peças chaves para o desenvolvimento da Computação Ubíqua (UbiComp), pois através dele os usuários irão se interar com dispositivos muitas vezes altamente complexos.

Utilizados juntos – Computação Móvel e Ambientes Inteligentes -, todo o poder da Tecnologia estará a disposição dos usuários. Assim sendo, alguns cenários conceitos serão (ou já são) realidade em centros de pesquisa ou disponíveis no mercado. São eles:

Computação Sensível a Posição

Através de uma interação em alto nível entre os computadores de um ambiente, um visitante em um museu dotado de um sensor em seu Computador (ou Smartphone) ou em sua roupa, permitirá que assuntos de seu interesse possam ser expostos por um guia robô ou transferir dados, imagens ou links de conteúdo adicionais.

No filme Minority Report (Spilberg, 2002, EUA), pequenos outdoors semelhantes a TVs de LCD identificavam uma pedestre pela íris (mas poderia ser pelo sinal do celular) e exibiam comerciais de produtos de interesse exclusivo. Ou seja, campanhas de marketing direcionadas personalizadamente.

Computação Desagregada

Neste ambiente, os dispositivos de interface serão capazes de se re-configurarem dinamicamente, permitindo por exemplo fazer a apresentação mover-se de tela acompanhando o interlocutor.

Wearable Computing (ou “Computação de Vestir”)

Podendo ser definida como um ramo ou uma variação da computação móvel, esta tecnologia utiliza acessórios como o da figura 3 e roupas como sustentação de dispositivos eletrônicos, tais como câmeras, displays, dispositivos de armazenamento ou de conectividade pessoal.

Alguns pesquisadores também utilizam o termo Computação Nomádica quando esta tecnologia estiver acoplada a comunicações via satélite, permitindo sua conectividade ilimitadamente.

3– Pileus: The Umbrella Photo Browser to Relay Experiences in Rainy Days – Sho Hashimoto, Shingo Iwata, Takashi Matsumoto, Aya Tomatsu, Naoki Kubota, Naohito Okude – Keio University, Media Design, Okude Lab

Realidade Aumentada

Se combinarmos computadores Wearable com informações de Sensores de Posição, a informação relevante ao usuário poderá ser sobreposta a visão real do mundo.

Esta visão sobreposta poderá ser exibida através de capacetes com displays acoplados ou até mesmo através de óculos especiais, permitindo ao usuário ter acesso a uma Realidade Aumentada.

Ao contrário da Realidade Virtual, onde apenas a informação gerada pelo computador é exibida, a Realidade Aumentada é uma combinação da RV com a imagem real. Para efeitos práticos esta tecnologia poderá ser empregada, por exemplo, militarmente em miras de armamentos de longo alcance ou civilmente em identificações de falhas em estruturas de concreto e soldas que apenas sensores poderiam perceber, exibindo ou realçando ao usuário informações fora do alcance de sua visão normal ou de difícil percepção.

Interfaces Sensíveis a Objetos

Talvez a tecnologia mais próxima da realidade, sendo utilizadas em alguns supermercados da Europa e EUA e em algumas linhas de produção através de sistemas RFID (Radio-Frequency IDentification).

Esta tecnologia permite que um objeto dotado de um pequeno sensor ou mesmo com seu formato cadastrado previamente seja passível de reconhecimento pelo computador, levando ao usuário possuidor de um Computador Portátil acesso a informações relacionadas.

Como no exemplo da figura 4, ao aproximar o computador portátil de um objeto, o usuário poderá ser levado ao site do fabricante, obter informações sobre validade, ano de fabricação, preços, etc.

Este conceito também é conhecido como Phicon, ou Physical Icon, ou seja, associar um objeto real a um significado gerando informações.

4– Toolkit for Bar Code Recognition and Resolving on Camera Phones – Jump-Starting the Internet of Things – Robert Adelmann, Marc Langheinrich, Christian Flörkemeier – ETH Zurich

Problemas da Computação Ubíqua

Como todas as tecnologias existem aspectos bons e ruins. Com a UbiComp pode-se prever alguns aspectos que a longo prazo que deverão ser tratados com os devidos cuidados.

Devido a alta conectividade dos dispositivos, sistemas de proteção e firewalls deverão ser implantados de forma embedded (embarcada) a fim de proteger os usuários e o próprio hardware de acessos não autorizados, roubo de conteúdo ou mesmo vandalismos.

A automatização dos sistemas e dispositivos poderia tornar os sistemas complexos demais para os usuários, sobrecarregando-o com excesso de informações e funcionalidades. A solução do problema de excesso de informações expostas aos usuários deverá ser tratada, onde inclusive existe uma área de pesquisa denominada calm computing, também pesquisada por Mark Weiser.

Com a proliferação de sensores e o desenvolvimento de modelos de contexto, os bancos de dados de diversas empresas e órgãos governamentais ou não irão armazenar grande quantidade de informações sobre os usuários, inclusive de caráter íntimo.

A questão está em como proteger estes dados e garantir que seus detentores o protejam e como os usuários poderão se proteger de sensores e o tráfego de informações pessoais. A solução poderá estar inclusive na área jurídica e legislativa.

Aplicações Práticas da UbiComp

O desenvolvimento de dispositivos, aplicações e a miniaturização dos componentes já permitiram a criação de aplicações práticas das idéias de Weiser. Alguns projetos hoje são realidade e até mesmo vendidos comercialmente, enquanto outros são promessas ou ainda estão em fase de protótipo.

Tecnologia de Prédios Inteligentes

Casas onde a fechadura da porta principal é acionada pela íris do dono, as cortinas e as luzes são acionadas pela voz e o aquecedor ou ar condicionado é ativado pelo celular não são mais ficção-científica, vistos apenas em filmes e livros.

Esta tecnologia já existe e é vendida inclusive no Brasil, para quem puder pagar, é claro. Chamada de Prédios Inteligente, ela não serviria apenas para grandes construções, mas também para pequenas residências. Nesse caso ela também pode ser denominada de Automação Residencial.

Os primeiros esforços para conceber um prédio inteligente foram feitos pela Microsoft em 1997. O projeto chamado de Microsoft Easyliving foi desenvolvido pelo grupo de pesquisa em computação ubíqua desta empresa, e visava desenvolver e aplicar tecnologias para a construção de Ambientes Inteligentes.

Algumas funcionalidades do Easyliving foram:

• Sensibilidade à Localização – Através de câmeras ligadas a um PC que calculava a imagem em profundidade, o sistema detectava a presença de um determinado usuário e monitorava sua movimentação pelo ambiente, sem o auxilio de sensores adicionais. Se um ambiente estivesse vazio as luzes, aquecimento e outros equipamentos eletrônicos poderiam ser desligados automaticamente.
• Computação Desagregada – No Easyliving, cada pessoa que entrava no laboratório recebia uma identidade provisória (crachá) podendo acessar um computador ou dispositivo com uma senha ou scanner biométrico. Se esta pessoa mudasse de sala e acessasse outro dispositivo, sua tela (desktop) era automaticamente transferida do dispositivo anterior para o display do computador em uso.

Apesar de ainda não estar tão avançada nos conceitos da Computação Ubíqua, a Automação Residencial caminha para isso. Através de sensores, motores e dispositivos de comando espalhados por uma casa, um sistema de Automação Residencial controla desde o fechamento das persianas até o acendimento da lareira.

Este sistema ainda é composto em sua grande maioria de sensores concentrados a um computador central de controle, descaracterizando a conectividade de seus componentes, mas suas interfaces se tornam invisíveis não sendo necessário ao usuário conhecimentos em informática para acionar seus comandos.

Como exemplo real desta tecnologia aplicada, podemos observar a empresa Avantime, de São Paulo, que executa projetos de automação. Em seu Website é possível simular o uso destas facilidades: http://www.avantime.com.br/automacao.asp

Projetos de UbiComp da XEROX

Desde 1988 o XEROX PARC (Centro de Pesquisa de Tecnologia da Xerox Corp. em Palo Alto-CA-EUA) vem pesquisando e desenvolvendo soluções de UbiComp, e a partir de 1990 alguns protótipos foram desenvolvidos e comercializados. Abaixo seguem alguns exemplos de soluções desenvolvidas neste centro de pesquisa, ilustrados pela figura 5:

5– Protótipos desenvolvidos pelo Xerox PARC

• Liveboard – A idéia desta solução é ser um quadro-negro eletrônico, sensível ao toque e armazenando informações inseridas através de uma caneta. Hoje esse produto já é realidade em escolas de ponta.
• Pad – Já ultrapassado, este protótipo foi nada mais que um notebook com microfone e caneta eletrônica acoplada, com comunicação por rádio a 240kbps – um avanço para a época. Era um dispositivo fixo, sem mobilidade.
• Tab – Pequeno dispositivo portátil com tela sensível ao toque para a entrada de informações. Era ligado automaticamente quando o usuário interagia. Através de conexões infra-vermelho se comunicava com outros dispositivos. Pode-se dizer que este protótipo foi o avô da agenda eletrônica.

Georgiatech – FCE

O Instituto de Tecnologia da Geórgia, através do Future Computing Enviroments – grupo de pesquisa de novos ambientes computacionais – também desenvolveu alguns projetos:

• The Aware Home Research Initiative– Semelhante ao MS Easyliving, visava construir um modelo computacional para uma casa interativa e consciente de seus moradores, sua localização, e ciência das atividades dos usuários. Por exemplo: identificar quando uma pessoa estiver lendo jornal, vendo TV, etc.
• Eclass – Pesquisava o impacto da Computação Ubíqua na educação, desenvolvendo técnicas e softwares para o uso de Liveboards na sala de aula.

Conclusão

A Computação Ubíqua vem se tornando realidade, saindo dos laboratórios e se integrando a vida das pessoas sem que essas pessoas percebam.

Cada vez mais os cientistas e desenvolvedores de interface se voltam para a aplicação prática da UbiComp, tornando o computador um eletrodoméstico, sem requerer aos usuários o domínio de uma linguagem, técnicas ou conhecimentos em informática. O próprio teclado e mouse talvez não tenham utilidade no futuro com o desenvolvimento de telas sensíveis ao toque aliados aos próximos Sistemas Operacionais (Windows 7 – Jornal O Globo – Caderno Informática e etc – 02/06/2008)

Pode-se afirmar que o computador se tornou um eletrodoméstico, se integrando cada vez mais à vida das pessoas como um acessório do dia a dia, servindo de ponto de encontro das atividades profissionais e sociais das pessoas. A tendência é que essa integração aumente mais ainda, graças ao desenvolvimento de interfaces e hardwares que entenderão o contexto do desejo dos usuários, interpretando, e não “traduzindo”, os comandos dos usuários.

Referências

Principais Referências

• Shafer, Steven A. N. – “Ubiquitous Computing and the EasyLiving Project” – Invited presentation at 40th Anniversary Symposium of Osaka Electro-Communications University, November 2001 – disponível em <http://research.microsoft.com/easyliving/Documents/2001%2011%20Shafer.doc > (visualizado em 01/06/2008)

• Lemos, André – “Cibercultura e Mobilidade: a Era da Conexão” – Revista Rázon y Palabra, Número 41 – disponível em <http://www.cesnors.ufsm.br/professores/chmoraes/comunicacao-digital/07Cibercultura…pdf > (visualizado em 01/06/2008)

• Weiser, Mark – “The world is not a desktop” – Interactions; January 1994; pp. 7-8. disponível em < http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/ACMInteractions2.html >(visualizado em 01/06/2008)

• Weiser, Mark – “The Computer for the Twenty-First Century,” Scientific American, pp. 94-10, September 1991 – disponível em <http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/SciAmDraft3.html> (visualizado em 01/06/2008)

• Anido, Ricardo – O Futuro da Internet – Computação Ubíqua e Cooperativa; em reportagem para a Com Ciência – Revista Eletrônica de Jornalismo Científico – No 30 – Abril de 2002 – disponível em < http://www.comciencia.br/reportagens/internet/net13.htm> visualizado em 01/06/2008

• Portella, Prof. Cristiano R. R. – Computação Ubíqua como construir interfaces invisíveis –
  Coordenador do Curso de Sistemas de Informação da FACECAP – Artigo disponível em <http://bsi.cneccapivari.br/?q=node/41 > visualizado em 01/06/2008

• Seminário desenvolvido pelos alunos Antonio Carvalho, Bruno Belo, Cyane Duarte, Felipe Toledo, Gustavo Barros, Rodrigo Domingues da Universidade Católica de Permanbuco – UNICAP – Departamento de Estatística e Informática Curso de Ciência da Computação -disponível em <http://www.dei.unicap.br/~almir/seminarios/2006.1/ns06/computacaoubiqua/index.htm> – utilizado como ponto de partida para as referências

Referências Secundárias

• http://ubicomp.org
• http://www.priberam.pt/dlpo/dlpo.aspx
• Wikipedia: RFID – http://pt.wikipedia.org/wiki/RFID
• Wikipedia: Sistemas de Informações Distribuído/Computação Ubíqua – http://pt.wikibooks.org/wiki/Sistemas_de_Informa…
• http://www.avantime.com.br/automacao.asp
• http://www.cineplayers.com/filme.php?id=23
• http://research.microsoft.com/easyliving/
• http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/UbiHome.html
• http://www.ubicomp.org/ubicomp2006/conference_program/demos/
• http://sandbox.parc.com/weiser/buzios/