Penggabungan sensor membawa banyak manfaat

Penggabungan sensor adalah topik hangat, bertepatan dengan tren pertumbuhan untuk internet of things dan terutama terkait dengan kendaraan otonom dan sistem bantuan pengemudi (ADAS) yang canggih. Konsep itu sendiri bukanlah hal baru; pencarian di Google Cendekia mengidentifikasi konsep yang berasal dari tahun 1960-an dan sebelumnya. Namun saat ini, ada kumpulan pengetahuan yang berkembang seputar input sensor mana yang harus digabungkan oleh sistem dan bagaimana menerapkan wawasan yang dihasilkan. Berapa yang cukup tergantung pada aplikasi dan biaya/manfaat risiko.

Berapa banyak sensor fusion yang cukup tergantung pada aplikasi dan biaya/manfaat risiko (Gambar:SAR Insight and Consulting)

Penggabungan sensor lebih penting dari sebelumnya, karena kegigihan individu penjahat dan badan intelijen negara menimbulkan ancaman yang semakin besar terhadap sistem otonom di mana-mana. Sementara sebagian besar dunia politik khawatir tentang potensi risiko keamanan informasi di jaringan 5G, risiko yang lebih besar muncul dari serangan malware yang dapat mengganggu dan memeras pemilik sistem otonom. Arsitek sistem tidak boleh meremehkan risiko ini dan harus menghindari kesalahan produsen mobil dan penerbangan. Ford Motor memperkirakan nilai nyawa manusia sebesar US$200,000 — lebih murah daripada memperbaiki desain bahan bakar sedan Pinto (1971–1980). Namun, pengacara cedera pribadi dan juri pengadilan berpikir sebaliknya. Kisah celaka saat ini milik Boeing, yang membuat fusi sensor kritis dan redundansi untuk jet 737 MAX-nya tersedia dengan biaya tambahan. Akibatnya, Boeing dan rantai pasokannya menderita melalui penderitaan saat ini, yang akhirnya membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk diselesaikan.

Terakhir, manfaat ekonomi dan kesehatan dari sistem yang memajukan fusi sensor untuk aktivitas manusia dan aplikasi industri terlihat sekarang.

Toleransi dan ketahanan terhadap kesalahan

Semua sensor dan model memiliki kesalahan toleransi, dan menggunakan beberapa sensor yang mengukur kuantitas yang sama dapat meningkatkan keandalan dan memberikan ketahanan terhadap kegagalan yang jika tidak dapat menjadi bencana. Redundansi menambah biaya dan kerumitan, tetapi seperti yang ditunjukkan oleh contoh Boeing dan Ford, keputusan picik yang mengarah ke satu titik kegagalan dapat menjadi bencana besar.

Resistensi serangan

Peretas dengan malware akan menemukan cara untuk menyerang sistem berbasis sensor, tetapi fusi data dan protokol keamanan yang sesuai, termasuk kecerdasan buatan, dapat memastikan operasi yang kuat dalam menghadapi serangan semacam itu. Salah satu cara serangan menyuntikkan sinyal palsu ke sensor input; sinyal ini tidak dikurangi dengan keamanan digital biasa karena mereka terjadi di domain analog. Permukaan serangan ini dapat mencakup:

• spoofing sinyal (LiDAR dan kamera);
• pembatalan dan gangguan sinyal (sensor magnetik ABS, rambu lalu lintas yang dirusak); dan
• kebocoran samping (malware yang ditanamkan yang menggunakan sensor untuk mengumpulkan informasi sensitif).

Multi-sensor aktivitas manusia

Menafsirkan dan memantau aktivitas manusia dengan beberapa fusi sensor akan mencapai hasil kesehatan yang lebih baik dan biaya yang lebih rendah seiring bertambahnya usia populasi. Aplikasi fusi sensor lingkungan dan wearable untuk aktivitas manusia mencakup perawatan lansia dan kehidupan berbantuan, deteksi jatuh dan pengenalan postur, keamanan dan pengawasan, status atlet dan penanggap pertama, serta lokalisasi dan bantuan navigasi untuk penyandang disabilitas.

Penggabungan data dalam jaringan

Fusi data dan analitik secara historis terjadi di komputer atau di pusat data (cloud). Miniaturisasi dan pengurangan biaya teknologi penginderaan memungkinkan fusi sensor (dan kecerdasan buatan/pembelajaran mesin) di tingkat perangkat tepi. Di masa mendatang, arsitektur jaringan hybrid akan melakukan fusi data sensor dan analitik pada tiga lapisan:

• Penggabungan data tingkat rendah akan berlangsung pada perangkat pintar atau gateway yang menggabungkan beberapa input sensor.
• Penggabungan data tingkat menengah akan mendukung analitik dan penggabungan data yang lebih intensif dengan jangkauan perangkat yang lebih luas dan dikaitkan dengan gateway hub dan komputasi edge.
• Penggabungan data tingkat tinggi akan berada di pusat data atau cloud untuk memberikan perspektif tertinggi dari sistem perangkat edge yang dikelola.

Menurunkan biaya pengoperasian

Fusi sensor akan memangkas biaya operasi dengan memperluas jangkauan dan aplikasi perangkat seperti kendaraan udara tak berawak (UAV) dan robotika dengan fitur otonom. Penghematan juga akan menghasilkan kasus di mana fusi sensor akan memungkinkan operator jarak jauh melakukan lebih banyak, atau dari pusat tenaga kerja berbiaya rendah. Aplikasi termasuk penghindaran tabrakan otomatis untuk drone inspeksi dan intervensi pengemudi jarak jauh untuk sebagian besar sistem transportasi otonom.

Tren

Harapkan miniaturisasi berkelanjutan dan pengurangan biaya dalam sensor, komputasi, dan konektivitas saat konsumerisasi berakar dalam ekosistem industri dan IoT. Demonstrasi CES 2020 mencakup inovasi sensor MEMS, seperti miniaturisasi cermin LiDAR yang bermanfaat bagi sistem transportasi otomotif dan cerdas.

Metode masuk untuk fusi sensor adalah kelas algoritme komputer yang dikenal sebagai filter Kalman, yang memodelkan status sistem sebelumnya dan saat ini dengan pengukuran dan prediksi berkelanjutan. Injeksi sinyal palsu ke dalam sistem yang sangat kompleks melalui input sensor akan mengarahkan arsitek sistem untuk menerapkan pembelajaran mesin dan jaringan saraf untuk keamanan dan penggabungan data.

Penggabungan sensor meningkatkan integritas, keandalan, dan ketahanan sistem untuk operasi normal dan memberikan manfaat tambahan terhadap serangan jaringan sensor yang berasal dari domain analog. Dengan menerapkan fusi sensor secara hati-hati ke dalam sistem mereka, perancang dan arsitek dapat mengurangi risiko malfungsi atau tindakan jahat yang dapat menyebabkan cedera pada orang, properti, atau kemakmuran ekonomi.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EE Times Europe.