¿Qué es el IoT o Internet of Things?

La definición de IoT, Internet of Things (Internet de las cosas) hace alusión al la comunicación y transferencia de datos entre dispositivos y máquinas de uso cotidiano para mejorar la calidad de vida de las personas así como a incrementar la velocidad de respuesta ante cualquier suceso.

Nada mejor que un ejemplo para explicar qué es IoT:

Imaginaros una calefacción, la encendemos si hace frío y la apagamos si hace calor. Pero según la temperatura de la estancia donde nos encontramos, sería ideal que existiera un sistema que nos permitiera mantener una temperatura confortable y que además se encargara de encender y apagar automáticamente la calefacción sin tener que preocuparnos nosotros mismos de hacerlo. Además, sería todo un lujo poder subir y bajar la temperatura deseada en cualquier momento y no ya solo eso, poder hacerlo desde nuestro teléfono móvil y no solo ajustar la temperatura actual, sino también programar cuando se enciende y apaga a lo largo de los días o tramos horarios, ver gráficas y estadísticas de consumos, que me avise en caso de sufrir una avería o un corte en el suministro (ya sea eléctrico, gas natural o cualquier otro método), que corte el suministro de gas a la vivienda (en caso de ser de gas natural) si detecta un escape, etc.

Toda esa interacción automática que estamos imaginando para nuestra calefacción es posible gracias al IoT, control y comunicación entre sensores y dispositivos además de con usuarios o personas para hacer nuestra vida más cómoda y derivar las preocupaciones o procesos triviales de muchas cosas a las máquinas, para permitir que nosotros nos centremos en los asuntos que realmente nos interesan, ese es el cometido ideal y real del IoT. Pero no todo es bonito, también hay una vertiente pervertida en el mundo IoT por el mercadeo de los datos que obtienen los sistemas por parte de los fabricantes y la evidente intromisión en nuestra privacidad. Pero de eso ya hablaremos más adelante.

Imaginaos las posibilidades, recordad aquellos inventos que nos muestra el cine en películas futuristas que poco a poco van haciéndose realidad, la combinación de sensores de todo tipo, la comunicación, el análisis y la comparativa de datos, el Big Data y la Inteligencia Artificial no dejan de ser en realidad una optimización de los procesos de decisión y respuesta automatizados bajo procesos y protocolos bien definidos por personas, ingenieros, programadores y por supuesto, por vosotros mismos.

Los coches autónomos, repletos de cámaras y sensores de todo tipo, las neveras «inteligentes», los asistentes virtuales, interruptores para las luces que se apagan con el móvil o la voz, todo eso es el IoT. Está por todos lados y por eso es importante que conozcamos la tecnología que nos rodea.

Ventajas e inconvenientes de los dispositivos IoT

Veamos las ventajas e inconvenientes de los dispositivos IoT, porque toda nueva invención tiene sus bondades, pero también inconvenientes que no ha dado tiempo a solucionar o nuevos problemas que no existían antes de su invención.

En la siguiente tabla exponemos unos breves puntos a tener en cuenta, los cuales debemos tener presentes a la hora de realizar nuestros desarrollos e intentar solucionar o minimizar los inconvenientes que podamos encontrar.

Resumiendo en una frase: Con el IoT solucionamos y mejoramos muchos aspectos de la vida, pero damos lugar a la aparición de nuevos problemas que antes no existían.

Con esto debemos de concienciarnos en que cuando desarrollemos un nuevo sistema IoT, además de dar solución al cometido para el cual lo hemos diseñado, nos aseguremos de minimizar o evitar los posibles nuevos problemas que el mismo pueda crear y prever una solución a los mismos antes de la puesta en ejecución de nuestro desarrollo IoT.

Si algo nos han enseñado las películas de ciencia-ficción es que siempre debemos tener un plan B en caso de que algo salga mal o al menos un plan de contingencia con el que minimizar los posibles daños sean del tipo que sean. Todos soñamos con inventar algo nuevo, pero antes debemos pensar en las consecuencias de nuestra invención, esta máxima ética parece que se les pasó por alto a los creadores de la bomba atómica.

Y ahora que tenemos más o menos claro qué es el IoT y hablando de inventos del siglo pasado, veamos un poco de historia para entender como hemos llegado hasta aquí…

Los términos IoT, IA, Big Data y otros están de moda, pero no dejan de ser un simple avance, un paso más en la evolución de los sistemas de automatización de toda la vida, porque no dejan de ser eso, sistemas de automatización con funcionalidades mejoradas, en los que gracias a los avances tecnológicos con respecto
a las comunicaciones han facilitado este avance de una forma sencilla y sobre todo económica y al alcance de todos. A las redes cableadas de comunicación se le sumaron tecnologías inalámbricas tales como Radio Frecuencia, Wi-Fi, Bluethoot, 4G y en breve el 5G, todo avanza rápidamente en este mundo tecnológico.
Pero para llegar ahí, antes debemos conocer la historia que precede al momento actual de desarrollo.

Para ello, vamos a hacer un viaje en el tiempo y nos vamos a ir hasta 1886, donde un joven servio llamado Nikola Tesla tras ser engañado por un tal Thomas Edison comenzó a crear el futuro, gracias a sus desarrollos e invenciones, el mundo es tal como lo conocemos actualmente. Podemos decir que Tesla es uno de los padres de la tecnología moderna.

Nikola Tesla 1856-1943

A Tesla le debemos cientos de patentes y descubrimientos, entre los que debemos destacar la generación y distribución de energía eléctrica (corriente alterna), diversos diseños de generadores y motores eléctricos, la radio (inicialmente atribuida a Marconi, pero esto da para un documental entero), la transmisión de señales de radio para control de máquinas a distancia, como el «barco de Tesla», que más bien parecía una bañera con antenas, usaba frecuencias de radio para controlar el movimiento del artefacto en el agua, este sería el primer dispositivo de radio control del mundo.

Tesla hizo una demostración de su funcionamiento en 1898 y su intención era venderlo a los ejércitos de marina del mundo como Torpedo guiado, pero los militares no mostraron interés en la tecnología de aparatos teledirigidos hasta la Segunda Guerra Mundial.

Los asistentes a la demostración del aparato teledirigido de Tesla achacaron el control del mismo a la magia, la telepatía o incluso llegaron a decir que en su interior había un mono pilotando el aparato. No es de extrañar tales afirmaciones, ya que incluso a día de hoy hay gente que piensa exactamente lo mismo sobre muchas de las tecnologías que usan a diario como el smartphone (si no comprenden como funciona algo, ya es cosa de magia).

Como curiosidad podéis descargar y revisar TeslaCompletePatentList

Es un documento bastante interesante tanto a nivel técnico como histórico, os recomiendo que lo descarguéis. En la figura 2 podéis ver una fotografía de su dispositivo para control remoto de vehículos del que he hablado y también está disponible la patente en el PDF que acabamos de comentar.

Sin lugar a dudas, Tesla marcó el camino a seguir, desarrolló cientos de inventos y patentes de las que se puede decir que han sido la base de muchos sistemas que usamos comúnmente hoy en día. De hecho el mismo Tesla predijo lo que sería el futuro que todos hoy vivimos, ya que en una entrevista realizada por el periodista John B. Kennedy en 1926 para el programa de radio «The Collier hour», dijo estas palabras:

Cuando consigamos aplicar a la perfección la tecnología inalámbrica, toda la Tierra se convertirá en un enorme cerebro, que de hecho lo es, todas las cosas son partículas de un todo real y rítmico. Podremos comunicarnos unos con otros al instante, independientemente de la distancia. No sólo esto, sino que a través de la televisión y la telefonía nos veremos y nos escucharemos tan perfectamente como si estuviéramos cara a cara, a pesar de las distancias que intervienen de miles de kilómetros, y los instrumentos a través de los cuales podremos hacer todo esto, cabrán en los bolsillos de nuestros chalecos.

Como podéis ver, Tesla ya predijo en 1926 que todo estaría conectado (Internet), la tecnología inalámbrica, las videoconferencias y los smartphones, todo esto en un solo párrafo, la transcripción de la entrevista puede leerse en el libro «Lightning in his hand: the life story of Nikola Tesla» escrito por Inez Hunt y Wanetta W. Draper, publicado en 1964, sin duda todo un visionario.

Primeras aplicaciones de Telemetría

Pero no solo es Tesla, una ingente cantidad de investigadores y científicos contemporáneos de Tesla y posteriores han hecho posible el Hoy. Podríamos estar hablando durante horas de los ingenios y las predicciones de Tesla, pero sigamos con la historia de los predecesores del IoT ya que esto no es cosa de uno solo, es el esfuerzo de las mentes de muchos visionarios que se adelantaron a su tiempo.

Una de las primeras aplicaciones de telemetría fue desarrollada en 1845 entre el Palacio de Invierno del zar ruso y el cuartel general de su ejército, es la primera transmisión de datos de la que se tiene constancia.

En 1874, ingenieros franceses construyeron un sistema de sensores meteorológicos y de profundidad de nieve en el Mont Blanc que transmitía información en tiempo real a París (a casi 500Km de distancia), no con mucho éxito, pero es otro ejemplo de dispositivos conectados con envío de datos en tiempo real en los finales del siglo XIX.

Lee de Forest 1873-1961

No podemos dejar en el tintero a Lee De Forest, físico e inventor norteamericano que dedicó gran parte de su vida como inventor independiente, pero no tuvo mucho éxito en los negocios por su nula visión comercial, tal fue así que incluso fue engañado por sus socios en varias ocasiones (parece ser que es una constante a lo largo de la historia que los genios e inventores sean engañados por inversores y socios, pero yo pienso que más bien es al contrario, los que manejan el capital siempre acaban engañando a los demás, pero no vamos a hablar de políticos, banqueros y aprovechados, vamos a los inventores que es lo que nos interesa) en 1907 hizo un descubrimiento revolucionario que marcó el nacimiento de la electrónica moderna, quizás lo más gracioso del descubrimiento de De Forest es que lo hizo tan solo «por ver qué pasaría», vamos a ver que es eso que hizo De Forest tan original que cambió el mundo para siempre.

De Forest fue miembro fundador del Instituto de Ingenieros de Radio, un grupo de ingenieros y científicos que estaban interesados en la transmisión y recepción de radio. El grupo más tarde evolucionó para convertirse en el IEEE (El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica es una asociación mundial de ingenieros dedicada a la normalización y el desarrollo en áreas técnicas.

Con cerca de 425.000 miembros y voluntarios en 160 países, es la mayor asociación internacional sin ánimo de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros electricistas, ingenieros electrónicos, ingenieros de sistemas, ingenieros en computación, matemáticos aplicados, ingenieros en biomedicina, ingenieros en telecomunicación, ingenieros en mecatrónica, ingenieros en telemática, ingenieros sociales, cibernéticos, ingenieros en software, ingenieros industriales, etc.).

El primer tubo de vacío, el diodo o la válvula de Fleming, tenía dos electrodos, un filamento de incandescencia llamado cátodo y una placa colectora llamada ánodo, este dispositivo tenía la capacidad de rectificar la corriente alterna en continua, además de servir como detector de señales de radiofrecuencia, fue inventado por John Ambrose Fleming en 1904 como un detector para ondas de radio. En 1906, De Forest desarrolló una versión propia basada en el diodo de Fleming al que llamó Audión con tres electrodos en lugar de dos, en principio se le ocurrió añadir una rejilla adicional entre el filamento y la placa del diodo de Fleming para ver que pasaba (esto es muy típico entre inventores, de ahí que muchos sean conocidos por los incendios y explosiones de sus laboratorios), en este caso hubo suerte y no acabó en explosión, descubrió el primer amplificador de señal así, por casualidad. El tubo se hizo conocido como la válvula De Forest, que patentó en 1907 con el nombre de «Audión», más popularmente conocida como «triodo». El triodo era esencialmente un diodo con una rejilla metálica entre el filamento y la placa, pasando a tener 3 electrodos en lugar de 2, esta nueva configuración hizo
posible utilizar el triodo para amplificación y conmutación (al igual que los transistores modernos).

El Triodo y las válvulas de vacío

El Audión (triodo) inicialmente fue usado como detector de señales inalámbricas hasta que en 1912, varias personas reconocieron que podía trabajar como amplificador, el descubrimiento de la capacidad de amplificación del triodo en 1912 revolucionó la tecnología eléctrica, creando el nuevo campo de la
electrónica. Los receptores de radio con triodo amplificador, que ya podían impulsar altavoces, reemplazaron a las débiles radios a cristal de galena, que debían ser escuchadas con auriculares de alta impedancia, esto dio lugar a la evolución de la radio para pasar de ser un servicio de mensajes comerciales a ser el primer medio de comunicación de masas, con el inicio de la radiodifusión alrededor de 1920.

Los triodos hicieron posible el servicio telefónico transcontinental. Los repetidores a base de tubos triodos de vacío, permitieron que las llamadas telefónicas viajaran más allá del límite no amplificado de aproximadamente 1.300 km. La apertura por la compañía Bell (primera compañía telefónica de Estados Unidos) de la primera línea telefónica transcontinental se celebró el 25 de enero de 1915. Otras invenciones hechas posibles por el triodo son la televisión, sistemas de megafonía, fonógrafos eléctricos y el cine sonoro. El triodo sirvió de base tecnológica a partir de la que más tarde fueron desarrollados otros tubos de vacío (fuente: Wikipedia, artículo sobre el triodo). Y a partir de aquí todo empezó a evolucionar a pasos agigantados, comienza la era de la radiofrecuencia y las comunicaciones inalámbricas.

Componentes Semiconductores

Las válvulas de vacío nos permitieron iniciar una revolución tecnológica sin igual, pero eran complicadas de fabricar, frágiles y con grandes consumos, se hicieron muchos avances a lo largo de los siguientes años, la época dorada de la radio, la televisión y el cine, pero no fue hasta la década de los años 50 la
siguiente revolución tecnológica, llegamos así a la era de los semiconductores, los diodos sólidos y los transistores, comienza el reinado del silicio.

Las investigaciones con componentes semiconductores se llevaba en paralelo a las válvulas de vacío desde antes de 1900, pero no fue hasta pasado 1950 la revolución de estos componentes, con la producción en masa de diodos de estado sólido de selenio, óxido de cobre, germanio y finalmente silicio,
que acabó por sustituir a todos los anteriores (salvo a los de germanio que todavía hoy continúan fabricándose para ciertos circuitos debido a su mayor sensibilidad a la hora de detectar señales), pudiéndose así crear aparatos con consumos muy inferiores a los de las válvulas, la reducción considerable de tamaño de los aparatos y la reducción enorme de costes por la sencillez de fabricación de estos comparados con las válvulas de vacío. Esto nos lleva a hablar de William Bradford Shockley, el padre de la electrónica moderna y más concretamente de los transistores semiconductores.

William Bradford Shockley 1910-1989

Muy a mi pesar de dejarme a muchos grandes en el camino, el siguiente en la lista es William Bradford Shockley, investigó sobre los semiconductores llevándole al desarrollo del transistor en el año 1948, recibió el Premio Nobel de Física en 1956 por sus investigaciones acerca de los semiconductores y el descubrimiento del transistor junto con sus socios John Bardeen y Walter H. Brattain.

El transistor ha supuesto el mayor de los avances recientes en el campo de la electrónica y ha sido el que ha permitido el desarrollo de la informática gracias a la miniaturización de estos dando paso a la fabricación de microprocesadores que pueden albergar miles de millones de transistores en un espacio tan reducido como el tamaño de una uña, para lo que habría hecho falta un campo defútbol entero hace apenas 60 años. En capítulos posteriores veremos al detalle el funcionamiento y uso de los transistores.

Evolución de los microprocesadores

En la imagen de la pagina siguiente (de arriba a abajo) puede verse un micro típico de los años 80/90, similar a los usados en los Spectrum y con el mismo tipo de encapsulado del archi famoso Z80 o el 8086, justo debajo hay una muestra más cercana a nuestros días, un Intel Pentium III a 800MHz del año 2000,
puede verse en detalle tanto el anverso como el reverso con todo el pineado, le sigue un ejemplar de Intel Pentum IV a 3GHz del 2005 (se ve que se ha reducido el tamaño, tiene muchas más conexiones y supera en velocidad al Pentium III en mucho, el avance fue enorme en tan solo 5 años). A continuación hay una muestra del mismo año 2005 pero de un fabricante distinto, AMD.

Y al final tenemos un ejemplar de procesador Allwiner H3 ARM Cortex A7 de 4 núcleos a 1.6GHz, este último del tamaño de una uña es fácil encontrarlo en dispositivos tales como teléfonos móviles o placas de desarrollo similares a Raspberry Pi como Orange Pi, Nano Pi u otras, la plataforma japonesa ARM es la más extendida en el ámbito IoT por su gran efectividad, reducido tamaño y bajo consumo energético, se consideraba que iba a revolucionar el sector de fabricación de procesadores hasta su compra en septiembre de 2020 por la multinacional estadounidense NVIDIA por la escalofriante cifra de 40.000
millones de dólares. Esto ha generado muchas dudas acerca de cuál va a ser el futuro que le aguarda a la plataforma ARM por parte de NVIDIA. En el momento de escribir estas líneas todavía sigue la duda en el aire.

La industria no deja de avanzar año a año con nuevos avances que dejan rápidamente atrás a los diseños anteriores en cuestión meses. Es difícil predecir como será dentro de 5 años y prácticamente imposible de saber qué nos espera en una o dos décadas. El avance es imparable y extremadamente rápido. La miniaturización de los transistores actualmente usada de forma comercial está en los 5nm (nanómetros).

Transferencia de datos, el nacimiento de Internet

En el campo de la transferencia de datos, es indiscutible que Internet es el rey, una red global con toda clase de datos y protocolos conviviendo juntos, pero la inmensidad de Internet comenzó como una idea en la cabeza de un hombre que vió las ventajas de una digitalización de las interacciones hombremáquina allá en 1960, Joseph Carl Robnett Licklider escribió en ese mismo año el documento «Simbiosis hombre-computadora» en el que destacamos el siguiente párrafo:

Una red de muchos ordenadores, conectados mediante líneas de comunicación de banda ancha las cuales proporcionarán las funciones que existen hoy en día en las bibliotecas junto con anticipados avances en el guardado y adquisición de información y otras funciones simbióticas.

Licklider creía en un futuro donde las máquinas ayudarán al ser humano y serán nuevos medios de expresión, inspiraciones a la creatividad, y método de entrada a un mundo extenso donde la información está en línea. La verdad que no se equivocó, solo hay que ver el uso que actualmente damos a Internet y todos los ámbitos de nuestras vidas en los que está presente.

Licklider describió la necesidad de una red global para el avance de la humanidad, esto le bastó para ser nombrado 2 años después, en 1962, jefe de la oficina de procesado de información ARPA, y formó un grupo dentro del DARPA del Departamento de Defensa de los Estados Unidos para investigaciones sobre ordenadores. Es el inicio de «ARPANET», dada a conocer en 1967, la red de defensa de EE.UU. con la que acceder a información importante desde distintos lugares en caso de ataque o invasión, precursora del actual Internet. Era el nacimiento del protocolo TCP/IP (más adelante veremos en detalle el uso de este protocolo de comunicación). En los años 70 ya había conexión entre varias universidades de los Estados Unidos.

También en 1971 Ray Tomlinson envió el primer correo electrónico de la historia a través de ARPANET, el mensaje fue un texto de pruebas sin valor ninguno y ya el formato para el envío era la identificación del usuario al que iba destinado el mensaje y el nombre de la máquina, separados ambos datos por el símbolo @ usado en los emails actuales (nombre_usuario@nombre_máquina). Quién iba a pensar en aquel momento la importancia de ese experimento que 40 años después sigue siendo el método de comunicación por excelencia en la red. En 1981 ya se habla de una nueva red de comunicación global llamada Internet, la que experimenta un rápido crecimiento en muy poco tiempo, pasando de las 100.000 máquinas conectadas a finales de los 80 a más de 10 millones de máquinas a mediados de los 90. El uso de Internet es ya generalizado, la nueva era del «todo conectado» ha comenzado a germinar, estamos ya en el siglo XXI, tras superar el temible «Efecto 2000» y el estallido de la burbuja de las «puntoCom» con la consiguiente crisis económica que supuso para muchos, dejamos atrás el inolvidable año 2000. Y 2001 marcará la senda donde el IoT está llamado a ser el nuevo rey.

A lo largo de las décadas del siglo XX, los avances en la electrónica y la informática abarcan ya todos los aspectos de la vida, la industria, la enseñanza, el ocio, todo tiene ya un componente informatizado que en breve, gracias a las comunicaciones inalámbricas, la Wi-Fi y el 3G llevarán el ya todopoderoso Internet a todo, desde un insignificante interruptor al televisor de salón, es lo que conocemos como dispositivos «Smart» (smart-tv, smartphone, etc.).

La tecnología Wi-Fi ha supuesto uno de los mejores aliados en la propagación de Internet y del IoT, actualmente hay ya más de 22.000 millones de dispositivos conectados, de los cuales más de la mitad son dispositivos IoT domésticos e industriales (IIoT).

Hedy Lamarr y la Wi-Fi

El nacimiento de la tecnología Wi-Fi se asocia a la inventora y actriz de cine austríaca Hedwig Eva Maria Kiesler, que tras huir de su marido en 1937 de Europa a EE.UU se cambió el nombre, siendo conocida por todos como Hedy Lamarr, inventora de la primera versión del espectro ensanchado que permitiría las comunicaciones inalámbricas de larga distancia y patentado por ella misma en 1942 como sistema de comunicaciones secretas.

Su invento usaba un par de tambores perforados y sincronizados para cambiar entre 88 frecuencias, siendo así la comunicación inalámbrica protegida e indetectable por la técnica de conmutación de frecuencias. Se diseñó para construir torpedos teledirigidos que no pudieran ser interceptados por los enemigos. En 1957 la empresa Sylvania Electronics consiguió adaptar la patente de Hedy Lamarr de su forma mecánica a una de control electrónico, el
sistema ideado por Hedy se usó en la crisis de los misiles de Cuba en 1962, en la guerra de Vietnam y en el sistema estadounidense de defensa por satélite Milstar, ya en la década de los 80 se usó la conmutación de frecuencias en el ámbito civil en aplicaciones de ingeniería y esto dio paso al uso de la misma tecnología en la implantación de la comunicación Wi-Fi, ampliamente extendida a partir de la década de los 90 hasta hoy.

Del Pasado al Presente

Ahora ya conocemos algunas caras e invenciones con las que sin ellas no sería posible ya no solo el IoT, sino incluso el mundo actual tal y como lo conocemos, ya que la distribución eléctrica actual, los componentes electrónicos y las redes de comunicación de hoy en día dependen totalmente de estos y otros descubrimientos del siglo pasado. Actualmente ya no somos capaces de imaginar muchos aspectos de la vida sin una conexión a Internet, la forma de interactuar con los demás, las redes sociales, cómo nos mantenemos informados, muchos de los procesos empresariales, las compras on-line, música,
películas y contenido multimedia, videojuegos, etc. es algo ya de lo más común, ahora le toca el turno a todo aquello que todavía queda sin conectar, el IoT ya está aquí para ello.

Ya conocemos algunos de los ingredientes fundamentales de la receta que hace posible la tecnología actual. Por ello, si te apasiona este mundo, en CODE SPACE realizamos los mejores cursos IT para convertirte en un gran profesional.

En la siguiente entrada sobre IoT, veremos algunas de sus aplicaciones en el mundo actualmente ¡No te la puedes perder!

*El contenido de esta entrada ha sido extraido del libro “IoT, aprende a crear el futuro” de Jesús Pacheco*