En hemtermostat skapar automatiskt en bekväm miljö för sina passagerare. En tvättmaskin skickar ett textmeddelande när dess cykel är klar. Ljus i hela huset styrs med ett tryck och svep på en surfplatta, sparar pappa en sista resa ner för trappan innan han lägger sig.
På ungefär samma sätt har en sådan smart teknik förvandlat hemmet, intelligent infrastrukturteknik lovar att revolutionera städernas sätt, städer och samhällen fungerar och förändrar hur människor interagerar med varandra och samhället.
Den 30 januari 2018, Dan Lopresti, professor och ordförande för institutionen för datavetenskap och teknik vid Lehigh University, modererar en briefing om intelligent infrastruktur för U.S.A. Representanthusets vetenskap, Rymd- och teknikkommittén i Washington, DC.
Evenemanget sammankallas av Computing Research Association (CRA), ett partnerskap mellan industrin, regering och akademi, och en ledande röst inom dataforskningssamhället. Hedersmedvärdar för evenemanget är Texas-representanten Lamar Smith, som är ordförande i kommittén, och rep. Eddie Bernice Johnson, också från Texas, som är rankad ledamot i kommittén.
Enligt CRA, intelligent infrastruktur definieras som "den djupa inbäddningen av avkänning, datoranvändning, och kommunikationskapacitet till traditionella fysiska infrastrukturer i städer och på landsbygden såsom vägar, byggnader, och broar i syfte att öka effektiviteten, elasticitet, och säkerhet."
Lopresti, en allmänt respekterad forskare vars arbete med grundläggande algoritmiska och systemrelaterade frågor inom mönsterigenkänning, bioinformatik och datorsäkerhet, Sitter också i den verkställande kommittén för CRA:s Computing Community Consortium. Sedan han började på Lehighs fakultet 2003, han har hjälpt till att lansera och leda Lehighs framgångsrika DataX-program samt dess innovativa Mountaintop Initiative, och tjänstgjorde som tillfällig dekanus för Lehigh's P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science 2014-2015.
Under evenemanget den 30 januari, Lopresti kommer att guida en panel av forskare från hela akademin och industrin för att diskutera rollen av intelligent infrastruktur för att möta landets bredare infrastrukturbehov, identifiera kritiska luckor och hinder för framgångsrika utbyggnader och vikten av fortsatt forskning för att ta itu med området. Bland paneldeltagarna finns Henning Schulzrinne, Columbia University, vem kommer att tala om behovet av motståndskraft och anpassningsförmåga; Matthew Wansley, chefsjurist för nuTonomy, vem kommer att ta itu med robusthet och interoperabilitet; Nadya Bliss, Arizona State University, som kommer att diskutera säkerhet och pålitlighet; och Elizabeth Mynatt, Georgia Tech, som kommer att tala om tillgänglighet och användbarhet.
Loprestis ledarskap i panelen är ett tecken på Lehighs framväxande rykte inom data- och beräkningsforskning, i synnerhet genom tvärvetenskaplig teamvetenskap inom avgörande tillämpningsområden som smart infrastruktur och uppkopplade samhällen.
Stärker den smarta staden
En FN-rapport från 2014 beräknade att den globala stadsbefolkningen skulle öka från 54 procent 2014 till 66 procent 2050. Mycket av den tillväxten kommer att ske i missgynnade områden som är dåligt utrustade för att ta emot det större antalet och tätheten av människor. När stadsbefolkningen ökar, effektivitetsvinster kommer att behöva identifieras när det gäller att utvidga de ändliga delarna av urban infrastruktur. Det kommer att bli ett proportionellt större slitage på energi, kommunikations- och transportsystem. De vitala mekanismerna som gör städer beboeliga kommer att utsättas för allt hårdare tvång.
"Vi ser smarta städer som adaptiva system, där interaktion mellan stadens infrastruktur och människor modelleras som en kontinuerlig återkopplingsslinga och möjliggörs av ett stödjande cybersystem, " förklarar Hector Muñoz-Avila, professor i datavetenskap och teknik. "Infrastrukturerna är själva anslutna och delar information, som härrör från infrastrukturens ömsesidiga beroende, gör det möjligt för städer att anpassa sig till förändringar över tid. Detta inkluderar långsiktiga förändringar som befolkningstillväxt och kortsiktiga omedelbara reaktioner som svåra väderhändelser."
Muñoz-Avila, tillsammans med Lopresti, är en del av ett team av Lehigh-forskare som söker lösningar inom vad de kallar "Smart Infrastructure for Connected Communities." Och även om teamets tillvägagångssätt inkluderar fokuserade ingenjörsbehov i detta utrymme, den tar också upp bredare system- och policyfrågor som kan hindra dessa komplexa system från att fungera smidigt. Det är en helhetssyn som tar itu med övergripande problem och skapar lösningar som kan överföras till olika applikationer.
Uppkopplade samhällen kommer att förebåda nya möjligheter att öka den allmänna säkerheten, rensa miljön, möjliggör stadsodling och on-demand-tillverkning, och skapa ännu osynliga vägar till entreprenörskap som ytterligare kommer att påskynda förändringscykeln. Under de minuter som tillbringades på bussen och pendlade till jobbet, i samverkan med civila myndigheter, inuti inom de fyra väggarna i deras hem, stadsbor kommer att se formen på sina liv förändras. Och när de interagerar med stadens mekanismer, använda sin infrastruktur, och kommunicera med varandra – via sina handlingar, mobila och personliga enheter, och datorer – medborgare kommer att tillhandahålla information som kommer att förändra stadens system.
Men uppgiften att skapa framgångsrika smarta städer är gigantisk. Forskare måste hitta ett sätt att integrera information från kraftverk, broar, tunnlar, transportmedel, hushållsapparater och allt däremellan. Data från sensorer och enheter måste kommuniceras tillförlitligt och säkert till datacenter, som kommer att analysera informationen. Nödvändiga åtgärder eller meddelanden måste överföras till trafikkontrollenheter, bussar och tåg, elnät, hem och sjukvårdsinrättningar. Till råga på allt, inget av dessa system kommer att fungera optimalt förrän deras element är sammankopplade och beroende av varandra.
Enligt Muñoz-Avila, Den tvärvetenskapliga kulturen i Lehigh i synnerhet gör det till en fruktbar plats att utveckla svar för morgondagens urbana samhällen. "Jag har varit på Lehigh i ungefär 15 år, och en sak som alltid får mig att må bra är den låga barriären mellan disciplinerna, " säger han. "Jag har friheten att ägna mycket tid åt tvärvetenskapligt arbete, och det är precis vad som behövs för att skapa smarta städer – människor från flera discipliner som arbetar tillsammans."
