Een huisthermostaat creëert automatisch een comfortabele omgeving voor zijn bewoners. Een wasmachine stuurt een sms als het programma klaar is. Verlichting door het hele huis wordt bediend met een tik en veeg op een tablet, papa een laatste tocht naar beneden besparen voordat hij naar bed gaat.

Op vrijwel dezelfde manier heeft dergelijke slimme technologie het huis getransformeerd, intelligente infrastructuurtechnologieën beloven een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop steden, steden en gemeenschappen werken en veranderen de manier waarop mensen met elkaar en de samenleving omgaan.

Op 30 januari, 2018, Dan Lopresti, professor en voorzitter van de afdeling informatica en engineering aan de Lehigh University, leidt een briefing over intelligente infrastructuur voor de wetenschap van het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden, Ruimte- en Technologiecomité in Washington, gelijkstroom.

Het evenement wordt georganiseerd door de Computing Research Association (CRA), een partnerschap tussen de industrie, overheid en de academische wereld, en een leidende stem in de computeronderzoeksgemeenschap. Ere-co-hosts van het evenement zijn de vertegenwoordiger van Texas, Lamar Smith, die de commissie voorzit, en vertegenwoordiger Eddie Bernice Johnson, ook uit Texel, die een rangschikkend lid van de commissie is.

Volgens de KRA, intelligente infrastructuur wordt gedefinieerd als "de diepe inbedding van sensing, computergebruik, en communicatiemogelijkheden in traditionele stedelijke en landelijke fysieke infrastructuren zoals wegen, gebouwen, en bruggen om de efficiëntie te verhogen, veerkracht, en veiligheid."

Lopresti, een alom gerespecteerde onderzoeker wiens werk in fundamentele algoritmische en systeemgerelateerde vragen in patroonherkenning, bio-informatica en computerbeveiliging, is ook lid van het uitvoerend comité van het Computing Community Consortium van de CRA. Sinds hij in 2003 aan de faculteit van Lehigh begon, hij heeft geholpen om het succesvolle DataX-programma van Lehigh te lanceren en te leiden, evenals het innovatieve Mountaintop-initiatief, en diende als interim-decaan van Lehigh's P.C. Rossin College of Engineering en Applied Science in 2014-2015.

Tijdens het evenement van 30 januari Lopresti zal een panel van onderzoekers uit de academische wereld en de industrie begeleiden om de rol van intelligente infrastructuur te bespreken bij het aanpakken van de bredere infrastructuurbehoeften van het land, identificeer kritieke hiaten en belemmeringen voor succesvolle implementaties en het belang van voortgezet onderzoek bij het aanpakken van het veld. Panelleden zijn onder meer Henning Schulzrinne, Universiteit van Colombia, wie zal spreken over de noodzaak van veerkracht en aanpassingsvermogen; Matthew Wansley, algemeen adviseur van nuTonomy, wie zal robuustheid en interoperabiliteit aanpakken; Nadya Bliss, Staatsuniversiteit van Arizona, wie zal veiligheid en betrouwbaarheid bespreken; en Elizabeth Mynatt, Georgië Tech, die zal spreken over toegankelijkheid en bruikbaarheid.

Lopresti's leiderschap in het panel is een indicatie van de opkomende reputatie van de Lehigh op het gebied van data en computationeel onderzoek, met name door interdisciplinaire teamwetenschap in cruciale toepassingsgebieden zoals slimme infrastructuur en verbonden gemeenschappen.

De slimme stad versterken

Een rapport van de Verenigde Naties uit 2014 voorspelde dat de mondiale stedelijke bevolking zou toenemen van 54 procent in 2014 tot 66 procent in 2050. Een groot deel van die groei zal plaatsvinden in achtergestelde gebieden die slecht zijn toegerust om de grotere aantallen en de grotere bevolkingsdichtheid te huisvesten. Naarmate de stedelijke bevolking toeneemt, efficiëntieverbeteringen zullen moeten worden geïdentificeerd bij het uitbreiden van de eindige elementen van stedelijke infrastructuur. Er zal een evenredig grotere slijtage van energie zijn, communicatie- en transportsystemen. De vitale mechanismen die steden bewoonbaar maken, zullen steeds zwaarder onder druk komen te staan.

"We zien slimme steden als adaptieve systemen, waar interactie tussen de infrastructuur van de stad en de mens wordt gemodelleerd als een continue feedbacklus en mogelijk wordt gemaakt door een ondersteunend cybersysteem, " legt Hector Muñoz-Avila uit, hoogleraar informatica en techniek. "De infrastructuren zijn zelf verbonden en delen informatie, die voortkomt uit onderlinge afhankelijkheden van de infrastructuur, steden in staat te stellen zich aan te passen aan veranderingen in de tijd. Dit omvat veranderingen op de lange termijn, zoals bevolkingsgroei en onmiddellijke reacties op korte termijn, zoals ernstige weersomstandigheden."

Muñoz-Avila, samen met Lopresti, maakt deel uit van een team van Lehigh-onderzoekers die oplossingen zoeken in wat het 'Smart Infrastructure for Connected Communities' noemt. En hoewel de aanpak van het team gerichte technische behoeften in deze ruimte omvat, het behandelt ook bredere systemische en beleidskwesties die kunnen verhinderen dat deze complexe systemen soepel werken. Het is een totaalbeeld dat overkoepelende problemen aanpakt en oplossingen creëert die over bepaalde applicaties kunnen worden overgedragen.

Verbonden gemeenschappen zullen nieuwe kansen inluiden om de openbare veiligheid te vergroten, maak het milieu schoon, stadslandbouw en on-demand productie mogelijk maken, en het creëren van tot nu toe ongeziene wegen naar ondernemerschap die de cyclus van verandering verder zullen versnellen. Tijdens de minuten die in de bus naar het werk worden doorgebracht, in interactie met de civiele overheid, binnen binnen de vier muren van hun huizen, stedelingen zullen de vorm van hun leven zien veranderen. En terwijl ze interageren met de mechanismen van de stad, gebruik maken van de infrastructuur, en met elkaar communiceren - via hun acties, mobiele en persoonlijke apparaten, en computers - burgers zullen informatie verstrekken die de systemen van de stad zal veranderen.

Maar de taak om succesvolle slimme steden te creëren is gigantisch. Onderzoekers zullen een manier moeten vinden om informatie uit energiecentrales te integreren, bruggen, tunnels, transportmiddelen, huishoudelijke apparaten en alles daartussenin. De gegevens van sensoren en apparaten zullen betrouwbaar en veilig moeten worden gecommuniceerd naar datacenters, die de informatie zal analyseren. Noodzakelijke acties of meldingen zullen moeten worden doorgegeven aan verkeersregelapparatuur, bussen en treinen, elektriciteitsnetten, woningen en zorginstellingen. Om het helemaal af te maken, geen van deze systemen zal optimaal werken totdat hun elementen verbonden en onderling afhankelijk zijn.

Volgens Muñoz-Avila, vooral de interdisciplinaire cultuur in Lehigh maakt het een vruchtbare plek om antwoorden te ontwikkelen voor de stedelijke gemeenschappen van morgen. "Ik werk al zo'n 15 jaar bij Lehigh, en een ding dat me altijd een goed gevoel geeft, is de lage barrière tussen de disciplines, " zegt hij. "Ik heb de vrijheid om veel tijd te besteden aan interdisciplinair werk, en dat is precies wat nodig is om slimme steden te creëren:mensen uit meerdere disciplines die samenwerken."