Faire la lumière sur les «systèmes cyber-physiques»


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De nos jours, on entend souvent parler de systèmes cyber-physiques . En lisant sur le sujet, cependant, il est très difficile de savoir en quoi ces systèmes diffèrent des systèmes distribués et / ou intégrés. Les exemples de Wikipedia lui-même ne font que les faire ressembler à des systèmes distribués traditionnels. Par exemple:

Un exemple concret d'un tel système est le Jardin robotisé distribué au MIT dans lequel une équipe de robots entretient un jardin de plants de tomates. Ce système combine la détection distribuée (chaque usine est équipée d'un nœud capteur surveillant son état), la navigation, la manipulation et la mise en réseau sans fil.

De toute évidence, tout système distribué se compose de la détection, des actionnements (qui peuvent facilement inclure la navigation) et de la mise en réseau.

Ma question est la suivante: en quoi les systèmes cyber-physiques diffèrent-ils exactement des systèmes distribués traditionnels? Est-ce juste un nom de fantaisie ou y a-t-il quelque chose de très différent?

Réponses:


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En lisant certains des articles liés à l'article de Wikipédia, je ne suis respectueusement pas d'accord avec @Theran . La distinction semble assez bien fondée, bien que Wikipédia ne réussisse pas à le faire.

Le terme systèmes embarqués (ES) existe depuis les années 60 et peut sans doute faire référence à tout, d'un avion à un Furby. Je pense que le terme systèmes cyber-physiques (CPS) a été inventé pour le distinguer de ce qui est traditionnellement considéré comme des systèmes embarqués, à savoir des "boîtes" en boucle fermée, non en réseau qui fonctionnent dans un domaine très bien défini et contraint avec un puissance limitée pour affecter les systèmes physiques. CPS, d'autre part, incarne l'idée de penser globalement, d'agir localement (mes excuses à Patrick Geddes ), c'est-à-dire que ce sont généralement des systèmes très en réseau qui provoquent des changements dans un système physique local dépendant de l'état et des actions des autres entités du réseau plus large.

Bien que de nombreuses applications robotiques correspondent à cette définition, et peuvent donc être qualifiées de systèmes cyber-physiques, beaucoup ne le sont pas. Ce qui confère l'honneur au jardin robotique du MIT, je crois, est le fait que les robots font partie d'un système décentralisé plus large (PDF). Ce sont les usines, équipées de capteurs, qui décident quand demander l'arrosage ou d'autres services aux robots, tandis que ce sont les robots qui décident ensuite entre eux lequel répondra à cette demande. De plus, tous les CPS ne sont pas considérés comme "robotiques", par exemple, un réseau électrique intelligent.

La cybernétique , comme l'a noté @Theran, s'occupe de l'étude des systèmes de contrôle et fera donc partie intégrante de l'étude des CPS, mais a également un éventail plus large d'applications dans des domaines tels que les mathématiques, l'économie et la sociologie, par exemple.

Ce rapport sur les systèmes cyber-physiques (PDF), par Edward Lee de UC Berkeley, montre clairement que les CPS sont une prochaine étape dans l'évolution des systèmes embarqués avec beaucoup des mêmes contraintes (capacités en temps réel, fiabilité) plus quelques autres (robustesse, adaptabilité, intelligence, interconnectivité). En tant que tel, le domaine des CPS est, en partie, concerné par le développement d'approches complètement nouvelles de l'architecture matérielle et logicielle. Par exemple:

Mais je crois que pour réaliser leur plein potentiel, les systèmes CPS nécessiteront des technologies fondamentalement nouvelles [...] Une approche qui est tout à fait une approche ascendante consiste à modifier les architectures informatiques pour fournir une synchronisation précise [...] Les approches ascendantes sont des solutions descendantes centrées sur le concept de conception basée sur des modèles [...] Dans cette approche, les "programmes" sont remplacés par des "modèles" qui représentent les comportements des systèmes d'intérêt. Le logiciel est synthétisé à partir des modèles.

Les pensées de Lee sont reprises dans cette chronique sur l'informatique embarquée (PDF) par Wayne Wolf de Georgia Tech.

Après tout, nous avons des ordinateurs attachés aux trucs depuis longtemps. Pourquoi, demandez-vous, avons-nous besoin d'un nouveau terme pour décrire ce que nous faisons depuis des années? [...] Nous avons une quantité étonnamment petite de théorie pour nous dire comment concevoir des systèmes de contrôle informatisés. La théorie des systèmes cyber-physiques tente de corriger cette lacune. [...] Les systèmes cyber-physiques interagissent activement avec le monde réel en temps réel et dépensent de l'énergie réelle. Cela nécessite une nouvelle compréhension de l'informatique en tant qu'acte physique - un grand changement pour l'informatique.

Je recommande de lire les deux articles pour avoir une bonne idée de la différence entre les CPS et les "simples" systèmes embarqués. Cyberphysicalsystems.org a une carte conceptuelle de CPS sur leur page d'accueil qui illustre bien de nombreux aspects impliqués dans le développement de CPS.

Quant à l'origine du terme, aucune des sources que j'ai trouvées ne l'attribuait à personne. De nombreux articles l'ont défini sans attribution tout en n'étant clairement pas les premiers à les utiliser. Le terme apparaît pour la première fois dans la littérature en 2006, mais, à ce moment-là, la National Science Foundation des États-Unis avait déjà organisé un atelier sur les systèmes cyber-physiques , suggérant que le terme était déjà utilisé à ce moment-là.


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C'est juste un nom de fantaisie (et maladroit). Également connu sous le nom de robotique, cybernétique, systèmes embarqués, systèmes de contrôle, etc. Je suppose qu'il y a une certaine insatisfaction à l'égard des implications ou de la spécificité de ces autres catégories connexes:

  • Robotique - Fait penser aux rovers et aux équipements de manutention industrielle.
  • Systèmes embarqués - Trop peu spécifiques, n'ont pas nécessairement beaucoup d'interaction physique avec le monde en dehors des boutons et des écrans.
  • Systèmes de contrôle - Le plus souvent est utilisé pour faire référence aux boucles de contrôle déterministes et non distribuées. Plus de transformation en Z, moins d'IA.
  • Cybernétique - probablement la signification la plus proche, mais avec le temps, le cyber-x est devenu des choses purement virtuelles (cyberespace, cybersécurité, etc.) au lieu de la signification du système de contrôle d'origine. D'où la nécessité de clouer sur un «physique» quelque peu redondant pour rappeler aux gens qu'il s'agit d'atomes et pas seulement de bits.

Connaissez-vous aussi l'histoire du mot? Comment / Où a-t-il été inventé?
Shahbaz

J'ai entendu le mot pour la première fois à l'UIUC il y a environ 4 ans. Je ne sais pas si c'est là que cela est apparu pour la première fois. Il y avait un laboratoire de systèmes cyber-physiques lors de ma visite.
Josh Vander Hook

La cybernétique signifiait auparavant contrôler des systèmes complexes. Maintenant, cela signifie des implants de viande + machine cyberpunk-ish.
Josh Vander Hook
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