1Casas inteligentes

Una casa inteligente es una residencia que utiliza dispositivos conectados a internet para la monitorización remota y la gestión de diversos dispositivos y sistemas (por ejemplo, calefacción, iluminación).

La tecnología utilizada en la casa inteligente a menudo se llama domótica. Las principales áreas para la domótica son la seguridad, el confort y la eficiencia energética. El propietario puede controlarlo generalmente usando su teléfono inteligente u otro dispositivo en red. El primer protocolo de red de automatización doméstica de propósito general fue X10, que utiliza líneas eléctricas para la transmisión de señales de control. Estas señales transmiten comandos a los dispositivos correspondientes, controlando cómo y cuándo deben operar (por ejemplo, se encienden en un momento específico). Los protocolos de red de automatización del hogar de hoy en día están cubiertos principalmente por los protocolos de Internet de las cosas (IoT) como Zigbee, Z-Wave, LoRaWan, SigFox, NB-IoT, etc., así como WiFi y Bluetooth. Muchas empresas, incluidas Amazon, Apple y Google, han lanzado sus propios productos para el hogar inteligente y plataformas de automatización del hogar como Amazon Echo, Apple HomeKit y Google Home. Las casas de nueva construcción a menudo se construyen con infraestructura de casas inteligentes. Las casas más antiguas, por otro lado, pueden ser modificadas con tecnologías inteligentes.

Fig. 1 Casa inteligente e ilustración de algunas de sus tecnologías representativas.

Las tecnologías de hogares inteligentes han entrado ampliamente en el espacio doméstico tocando casi todos los aspectos de la vida. Algunas tecnologías representativas entre ellas son:

- TV inteligente: se conectan a Internet para acceder al contenido a través de aplicaciones, como vídeos y música a pedido. Algunos televisores inteligentes también incluyen reconocimiento de voz o gestos.
- Sistemas de iluminación inteligente: los dispositivos no se pueden controlar ni personalizar de forma remota, pueden, por ejemplo, detectar cuándo hay ocupantes en la habitación y ajustar la iluminación según sea necesario, regularse según la disponibilidad de luz natural, etc.
- Termostatos inteligentes: permiten, por ejemplo, programar, monitorizar y controlar de forma remota las temperaturas del hogar. También puede aprender el comportamiento de los propietarios y automáticamente adaptarse para brindar a los residentes más comodidad.
- Las cerraduras inteligentes y los abridores de puertas de garaje pueden, por ejemplo, detectar cuando los residentes están cerca y desbloquearse.
- Las cámaras de seguridad inteligentes pueden, por ejemplo, supervisar las casas cuando los propietarios están fuera o de vacaciones.
- Los sensores de movimiento inteligentes pueden identificar la diferencia entre residentes, visitantes, mascotas y ladrones, y pueden notificar a las autoridades si se detecta un comportamiento sospechoso.
- Las máquinas de café inteligentes pueden preparar una taza, por ejemplo a la hora programada
- Las neveras inteligentes pueden hacer un seguimiento de las fechas de vencimiento y hacer listas de compras
- Enchufe eléctrico inteligente - puede por ejemplo sensar una descarga eléctrica y apagar.
- Los proveedores de agua inteligentes pueden detectar fallos o tuberías congeladas y apagar el agua para evitar una inundación.

Las casas inteligentes pueden ofrecer muchas ventajas, entre ellas

- Tranquilidad: la función de la monitorización remota les permite a los usuarios monitorizar sus hogares, contrarrestando peligros tales como una máquina de café olvidada que se ha dejado encendida o una puerta de entrada abierta.
- Ancianos: la monitorización remota puede ayudar a las personas mayores a permanecer en el hogar de manera cómoda y segura, en lugar de mudarse a un asilo de ancianos o requerir atención domiciliaria 24/7.
- Comodidad y preferencias del usuario: las casas inteligentes pueden adaptarse a las preferencias del usuario. Por ejemplo, tan pronto como llegue a casa, la puerta de su garaje se abrirá, las luces se encenderán, la chimenea se encenderá y sus canciones favoritas comenzarán a sonar en sus altavoces inteligentes.
- Eficiencia: la automatización del hogar inteligente ayuda a mejorar la eficiencia, para la electricidad, el agua y otros recursos.
- Calefacción / refrigeración inteligentes: la automatización puede aprender a encender la calefacción / refrigeración necesaria justo a tiempo, por ejemplo, la casa está fresca en el momento en el que el dueño llega a casa del trabajo.
- Sistema de riego inteligente: el césped solo se regará cuando sea necesario y con la cantidad exacta de agua necesaria.

Sin embargo, los sistemas domésticos inteligentes han luchado para convertirse en una corriente principal, en parte debido a sus inconvenientes, que son, por ejemplo:

- Complejidad percibida. Algunas personas tienen dificultades con la tecnología o la abandonarán con la primera molestia. Los fabricantes y alianzas de casas inteligentes están trabajando para reducir la complejidad y mejorar la experiencia del usuario para que sea agradable y beneficioso para los usuarios de todos los tipos y niveles técnicos.
- Interoperabilidad. Para que los sistemas de automatización del hogar sean realmente efectivos, los dispositivos deben ser interoperables independientemente de quién los haya fabricado, utilizando el mismo protocolo o, al menos, los complementarios. Como es un mercado tan incipiente, todavía no existe un estándar de oro para la automatización del hogar. Sin embargo, las alianzas estándar se asocian con fabricantes y protocolos para garantizar la interoperabilidad y una experiencia de usuario perfecta.
- Seguridad residencial inteligente. Si los piratas informáticos pueden infiltrarse en un dispositivo inteligente, podrían apagar las luces y las alarmas y desbloquear las puertas, dejando una casa indefensa ante un robo. Además, los piratas informáticos podrían potencialmente acceder a la red del propietario de la vivienda, lo que podría llevar a peores ataques o la filtración de datos.
- Privacidad de datos. Se trata de la privacidad de los datos compartidos por sus dispositivos domésticos inteligentes. Si bien los fabricantes de dispositivos y plataformas domésticos inteligentes pueden recopilar datos del consumidor para adaptar mejor sus productos u ofrecer nuevos y mejores servicios a los clientes, la confianza y la transparencia son fundamentales para que los fabricantes creen confianza con los usuarios de sus productos inteligentes.

Una casa inteligente no es un conjunto de dispositivos y dispositivos inteligentes dispares, sino aquellos que trabajan juntos para crear una red controlable de forma remota. Todos los dispositivos están controlados por un controlador maestro de automatización del hogar, a menudo llamado un centro de hogar inteligente (smart home hub).

El centro de hogar inteligente es un dispositivo de hardware que actúa como el punto central del sistema de casa inteligente y es capaz de detectar, procesar datos y comunicarse de forma inalámbrica. Combina todas las aplicaciones dispares en una sola aplicación de casa inteligente que los propietarios pueden controlar de forma remota. Los centros más conocidos por lo general tienen sistemas activados por voz, contienen asistentes virtuales que aprenden y personalizan la casa inteligente según las preferencias y los patrones de los residentes. Contienen algoritmos de aprendizaje automático que permiten que las aplicaciones de automatización del hogar se adapten a sus entornos. Ejemplos de centros de casas inteligentes incluyen:

- Amazon Echo. El interfaz de voz lo proporciona Alexa.
- Página principal de Google (Google Home). También sirve como el centro de música y entretenimiento que administra otros altavoces y televisores a través de Google Cast. El interfaz de voz lo proporciona el asistente de Google. Es capaz de controlar los dispositivos compatibles.
- HomePod. El Interfaz de voz lo proporciona Siri. Puede controlar la plataforma Apple HomeKit. Es capaz de controlar los dispositivos compatibles con HomeKit. El AppleTV también se puede utilizar como HomeKit local.

Fig. 2 Ejemplos de centros de hogar inteligentes (de la izquierda a la derecha - Google Home, HomePod, Amazon Echo)

Para una automatización razonable, la unidad central (hub) necesita el conjunto de sensores para controlar los actuadores. Los escenarios pueden ser complejos y, donde la acción particular que se realiza, se puede combinar desde múltiples sensores y condiciones. Los sensores incluyen:

- Monitorización de condiciones externas (temperatura, presión, humedad, ...),
- condiciones interiores (temperatura, presión, CO2, ...),
- detección de inundaciones,
- detección de movimiento,
- detección de apertura / cierre de puerta / ventana,
- consumo de recursos (calefacción, agua, electricidad, gas, ...).

Como los actuadores también hay muchas opciones, entre otras:

- Interruptores de electricidad (encendido / apagado),
- control de apertura / cierre de la ventana,
- control de la válvula de agua,
- control de las persianas,
- calefacción / refrigeración / aire acondicionado / humidificador de aire / etc.,
- iluminación (externa, interna, ...),
- alarmas, notificaciones, ...,
- alarma,
- notificaciones,
- filtración de aire, humedad, etc.

Algunos sistemas domésticos inteligentes pueden crearse desde cero, por ejemplo, utilizando una Raspberry Pi u otra placa de prototipos. Otros se pueden comprar como un kit para el hogar inteligente incluido, también conocido como una plataforma para el hogar inteligente, que contiene las piezas necesarias para iniciar un proyecto de automatización del hogar. También hay muchos sistemas de software de código abierto para la automatización del hogar inteligente como [1], [2], [3]:

- OpenHAB (OH) [4] - ​​tiene una gran comunidad de usuarios, una gran cantidad de dispositivos e integraciones compatibles. Está escrito en Java, se ejecuta también en la Raspberry Pi y está diseñado para ser independiente del dispositivo. OH incluye aplicaciones iOS y Android para control de dispositivos, así como herramientas de diseño. Tiene licencia bajo la Licencia Pública de Eclipse.
- Asistente para el hogar (HA) [5] - se puede implementar fácilmente en cualquier máquina que pueda ejecutar Python 3 y se integra con una gran cantidad de código abierto y ofertas comerciales. Está licenciada bajo licencia MIT y soporta
  - Integración con Amazon Alexa,
  - Integración con el asistente de Google.
- Calaos: Calaos está diseñado como una plataforma de automatización doméstica de pila completa, que incluye una aplicación de servidor, una interfaz de pantalla táctil, una aplicación web, aplicaciones móviles nativas para iOS y Android, y un sistema operativo Linux preconfigurado para ejecutarse debajo. Está licenciado bajo GPLv3.
- Domoticz: tiene una amplia biblioteca de dispositivos compatibles, un gran número de integraciones adicionales de terceros, está diseñado con una interfaz HTML5 y representa un sistema de automatización doméstico liviano (por ejemplo, puede ejecutarse en Raspberry Pi). Está licenciado bajo GPLv3.
- MisterHouse: utiliza scripts de Perl, responde a los comandos de voz y se ejecuta en una variedad de dispositivos, incluidos Linux, macOS y Windows. Está licenciado bajo GPLv2.
- OpenMotics: incluye hardware y software bajo licencias de código abierto. Está diseñado principalmente para una fácil actualización, se enfoca en una solución cableada. Está licenciado bajo GPLv2.

Parece que las soluciones más utilizadas son AH y OH [6]. Al compararlos, el OH parece ser una gran opción para los usuarios experimentados (especialmente los programadores), ya que las complicadas herramientas integradas le brindan la posibilidad de personalizar y modificar las rutinas. Sin embargo, todos los demás usuarios deben optar por HA como un producto más amigable con el consumidor, creando un ecosistema integral de hogares inteligentes.

Si bien cada hogar inteligente es un edificio inteligente, no todos los edificios inteligentes son un hogar inteligente. Los edificios empresariales, comerciales, industriales y residenciales de todas las formas y tamaños, incluidas oficinas, rascacielos, edificios de apartamentos y oficinas y residencias de múltiples inquilinos, están implementando tecnologías de IoT para mejorar la eficiencia de los edificios, reducir los costos de energía y el impacto ambiental, y garantizar la seguridad, así como mejorar la satisfacción de los ocupantes. Muchas de las tecnologías inteligentes utilizadas en el hogar inteligente se implementan en edificios inteligentes, incluidos los sistemas de iluminación, energía, calefacción y aire acondicionado, y de seguridad y acceso a edificios.

Por ejemplo, un edificio inteligente puede reducir los costos de energía utilizando sensores que detectan cuántos ocupantes hay en una habitación. La temperatura puede ajustarse automáticamente, poniendo aire frío si los sensores detectan una sala de conferencias completa, o apagando la calefacción si todos en la oficina se han ido a casa por el día. Los edificios inteligentes también pueden conectarse a la red inteligente. Aquí, los componentes de edificios inteligentes y la red eléctrica pueden "hablar" y "escucharse" unos a otros. Con esta tecnología, la distribución de energía se puede administrar de manera eficiente, el mantenimiento se puede manejar de manera proactiva y los cortes de energía se pueden responder con mayor rapidez.

Más allá de estos beneficios, los edificios inteligentes pueden proporcionar a los propietarios y administradores de edificios el beneficio del mantenimiento predictivo.

Los conserjes, por ejemplo, pueden rellenar los suministros de los baños cuando los sensores que controlan el jabón o los dispensadores de toallas de papel indican un nivel bajo. O el mantenimiento y los fallos se pueden predecir en los sistemas de refrigeración, ascensores e iluminación de edificios.