Domòtica, IoT i intel·ligència artificial

Explica què és la domòtica amb tres exemples concrets d'una casa intel·ligent (persianes que baixen al capvespre, calefacció que s'encén abans que arribis, llums que responen a la veu) i què tenen en comú totes tres.

La figura mostra una casa amb diversos dispositius domòtics connectats entre ells a través d'un element central, que apareix tapat amb una interrogant.

Respon:

1. a) Anomena l'element tapat que està al centre de la instal·lació.

1. b) Explica quina informació rep aquest element dels sensors i quines ordres envia als actuadors.

1. c) Classifica els dispositius retolats a la figura en sensors i actuadors.

Classifica aquests dispositius domòtics en sensor o actuador, i justifica'n dos: un detector de moviment, una persiana motoritzada, una càmera, un endoll intel·ligent que talla o dona corrent i un sensor de fuites d'aigua.

Explica què és l'internet de les coses (objectes quotidians connectats a la xarxa: polseres d'activitat, neveres, altaveus, bombetes) i què poden fer aquests objectes gràcies a la connexió que no podien fer abans.

Esmenta quatre avantatges d'una casa domòtica —comoditat, estalvi d'energia, seguretat i accessibilitat per a persones grans o amb mobilitat reduïda— i desenvolupa'n un amb un exemple concret.

Una «escena» domòtica anomenada «sortir de casa» apaga els llums, abaixa les persianes i activa l'alarma amb una sola ordre. Explica què és una escena, quin avantatge té agrupar accions i dissenya una altra escena anomenada «nit» amb almenys quatre accions ordenades.

Explica amb les teves paraules com aprèn un sistema d'intel·ligència artificial: igual que un infant aprèn què és un gos veient molts gossos diferents, el sistema aprèn d'exemples. Què necessita en grans quantitats per aprendre bé?

La figura mostra com aprèn una intel·ligència artificial domèstica: enregistra durant setmanes quan s'encenen els llums, quan baixen les persianes i la temperatura de la casa.

Explica què haurà après el sistema per fer la predicció tapada (anticipar les rutines: per exemple, escalfar la casa just abans que la família arribi), per què necessita molts exemples de dies diferents i quin risc té enregistrar la vida d'una llar amb tant de detall.

Compara un termòstat programable (obeeix horaris fixos) amb un termòstat intel·ligent (aprèn quan sou a casa). Explica quines dades fa servir el segon, quin estalvi aconsegueix en no escalfar una casa buida i què passa si les vostres rutines canvien de cop, com ara a les vacances.

Vols entrenar un sistema que distingeixi el gos del gat de la família a la càmera de la sala d'estar. Explica quins exemples li donaries (moltes fotos etiquetades de cadascun, en diferents postures i llums), què n'aprendria el sistema i per què fallaria si només li ensenyes fotos fetes de dia.

Descriu la cadena completa quan demanes alguna cosa a un assistent de veu: veu → conversió a text → comprensió de l'ordre → acció → resposta. Assenyala en quin pas pot fallar si hi ha soroll o un accent poc comú.

Digues si són vertaderes o falses aquestes afirmacions i justifica cada resposta: (a) l'internet de les coses només existeix dins de les cases; (b) un dispositiu «intel·ligent» sempre decideix millor que una persona; (c) els sensors d'una casa domòtica enregistren dades encara que ningú les miri; (d) una bombeta connectada pot rebre ordres des d'un altre país.

Un altaveu intel·ligent està sempre atent a la seva paraula d'activació i una càmera interior grava la sala d'estar. Analitza quines dades surten d'aquesta casa i on van (els servidors del fabricant), què significa «el micro només s'activa amb la paraula clau» i quines configuracions revisaries abans d'instal·lar-los.

Es talla internet en una casa domòtica. Analitza quines funcions continuen treballant (les que decideix la centraleta en local: horaris, escenes bàsiques) i quines moren (ordres des del mòbil fora de casa, assistents de veu al núvol), i explica què significa dissenyar un sistema «a prova d'apagades de xarxa».

Una casa té deu aparells connectats que consumeixen de mitjana $2\ \text{W}$ cadascun en espera, les $24$ hores. Calcula el consum diari i anual en kWh i el seu cost anual a $0{,}15\ \text{€}$ el kWh, i valora si aquest «peatge permanent» compensa segons l'ús que se'ls doni.

La teva família compra una bombeta d'una marca, un endoll d'una altra i un altaveu d'una tercera, i no s'entenen entre si. Explica què és un estàndard o protocol comú, per què les marques triguen a adoptar-lo i què miraries a la capsa abans de comprar el dispositiu següent.

Avalua el balanç energètic mensual d'un habitatge que ha instal·lat domòtica:

• Consum propi del sistema: 1 controlador central de 4,5 W de consum continu; 10 endolls/relés intel·ligents de 0,8 W cadascun en espera; i 4 sensors connectats permanentment consumint 0,5 W cadascun.

• Estalvi obtingut: automatitzar el termo elèctric (1500 W) perquè no mantingui l'aigua calenta durant 5 hores vall al dia en què ningú l'utilitza, reduint el seu temps d'escalfament efectiu en 1,2 hores diàries; i retallar l'ús innecessari de calefacció (2000 W) en 40 minuts diaris gràcies a la detecció de finestres obertes i presència.

1. a) Calcula l'energia total consumida al mes (30 dies) exclusivament pel funcionament dels equips domòtics en kWh.
2. b) Calcula l'energia total estalviada al mes en kWh gràcies a les automatitzacions del termo i la calefacció.
3. c) Determina el balanç net mensual en kWh i en euros (a un preu mitjà de 0,16 €/kWh). Conclou si la instal·lació representa un estalvi real o un consum paràsit injustificat.

El monitor d'energia d'un habitatge registra de manera contínua la potència activa demandada (kW). Durant la nit (de 01:00 a 06:00 h), el consum base normal oscil·la rítmicament entre 0,08 kW i 0,22 kW a causa dels cicles del compressor del frigorífic.

• Cas A: Un dimarts a les 02:40 h, el consum puja sobtadament a 2,4 kW i roman constant sense baixar durant quatre hores seguides.

• Cas B: Durant tres nits consecutives, el consum nocturn ja no cicla cap avall: es queda clavat de manera ininterrompuda en 0,38 kW.

1. a) Interpreta les dades i planteja una hipòtesi tècnica fonamentada per a cada cas sobre quin dispositiu o anomalia física (avaria, fuga, fallada d'aïllament o element encès) està provocant aquesta corba.
2. b) Dissenya el protocol d'actuació automàtica que hauria d'executar el sistema domòtic per al Cas A abans d'alertar l'usuari, raonant quins actuadors implicaria per prevenir un accident greu.

La teva àvia de 78 anys viu sola. Es desperta habitualment entre les 7:30 i les 8:30 h per esmorzar i prendre la medicació. Vol mantenir la seva independència sense sentir-se vigilada per càmeres ni micròfons. Dissenya un sistema domòtic de teleassistència no invasiu:

1. a) Selecciona tres tipus de sensors diferents (sense captació d'imatge ni so) i especifica la seva ubicació estratègica a la casa.
2. b) Escriu l'algorisme o diagrama de flux lògic (fent servir condicions SI... I... ALESHORES...) perquè el sistema sigui capaç de distingir entre un matí normal, un simple retard en llevar-se i una possible caiguda al bany.
3. c) Justifica quins llindars temporals assignaries a cada alerta i qui ha de rebre els diferents avisos per garantir la seguretat sense generar falses alarmes ni vulnerar la seva intimitat.

S'ha entrenat un model d'intel·ligència artificial per controlar el reg automàtic d'un hort escolar durant la primavera, fent servir mesuraments d'humitat del sòl, temperatura ambient i radiació solar. A principis d'estiu sobrevé una onada de calor sobtada (temperatures de 41,5 °C) acompanyada d'una tempesta curta però molt violenta (15 minuts de pluja torrencial que entolla la superfície però no cala profundament).

1. a) Prediu dues decisions errònies que podria prendre la IA en aquesta situació anòmala si el seu entrenament no incloïa fenòmens extrems.
2. b) Explica com influeix el biaix de les dades d'entrenament en les fallades predites.
3. c) Dissenya una regla de control de seguretat prioritària (independent de la IA) que bloquegi el sistema per evitar que les plantes morin per asfíxia radicular o per estrès tèrmic.

Una família compra un termòstat intel·ligent i un pany electrònic gestionats íntegrament a través del núvol d'una empresa emergent. Al cap de dos anys, l'empresa fa fallida i desconnecta els seus servidors de manera definitiva.

1. a) Analitza les conseqüències tècniques i de seguretat que patirà l'habitatge després de l'apagada del servei (efecte 'dispositiu inservible' o briquetatge).
2. b) A partir dels registres que recopilava el termòstat (temperatures desitjades, hores d'activació, geolocalització dels telèfons vinculats), dedueix quina informació privada sobre la rutina i hàbits familiars queda exposada si la base de dades es liquida i ven a tercers.
3. c) Justifica per què una arquitectura domòtica local (amb un concentrador o hub al propi habitatge) ofereix més resiliència i privadesa davant d'una solució 100 % dependent del núvol.

Un ciberdelinqüent aconsegueix accedir a la xarxa domèstica d'un habitatge comprometent una bombeta wifi econòmica el microprogramari de la qual mai no es va actualitzar.

1. a) Explica el principi tècnic pel qual un dispositiu tan elemental pot utilitzar-se com a punt d'entrada (pivoting) per interceptar el trànsit de dades dels ordinadors o mòbils de la casa si comparteixen la mateixa xarxa.
2. b) Dissenya una proposta de configuració de xarxa per a l'encaminador domèstic (mitjançant segmentació en subxarxes, VLAN o xarxa de convidats) que aïlli els dispositius de l'internet de les coses (IoT).
3. c) Justifica per què l'ús de protocols domòtics específics en malla (com Zigbee o Z-Wave connectats a una passarel·la) redueix la superfície d'atac en comparació amb connectar 30 aparells directament per wifi.

Vols programar en el controlador domòtic una rutina de «simulació de presència» durant dues setmanes de vacances familiars.

1. a) Un veí et proposa: «Programa el llum de la sala d'estar perquè s'encengui a les 20:00 h i s'apagui a les 23:00 h en punt tots els dies, i abaixa les persianes a les 21:00 h». Critica tècnicament aquesta proposta i explica per què un observador extern detectaria amb facilitat que l'habitatge està buit.
2. b) Dissenya un algorisme realista que coordini almenys tres tipus d'actuadors diferents (il·luminació distribuïda, persianes motoritzades, altaveus o televisor), integrant retards pseudoaleatoris i lectures de sensors de lluminositat exterior.
3. c) Identifica dos indicis físics externs aliens a la domòtica (com el comptador d'aigua o l'acumulació de correu) que delatarien l'absència i proposa com resoldre o mitigar almenys un d'ells.

Una família amb dos fills adolescents decideix integrar tres assistents virtuals amb altaveu i micròfon al seu habitatge.

1. a) Tria raonadament dues estances de la casa on sigui tècnicament funcional i segur instal·lar-los, i dues estances on desaconsellaries totalment la seva ubicació, justificant el teu criteri a partir de riscos de privacitat, falsos accionaments o acústica.
2. b) Un membre de la família afirma: «L'altaveu no grava ni envia res a internet fins que diem la paraula clau en veu alta; abans d'això el micròfon està inactiu». Rebat amb arguments tècnics aquesta afirmació explicant com funciona l'escolta passiva local (wake word engine) i els riscos d'activació accidental.
3. c) Redacta tres normes de seguretat digital i configuració interna indispensables que s'han d'aplicar al compte administrador per evitar compres no desitjades, accessos a dades bancàries o emmagatzematge indefinit d'enregistraments de veu.