VibSense- Sistema de monitorização de parâmetros críticos em estruturas através da IoT

Enquadramento: A tecnologia das redes de sensores (RS), não só abriu as portas a uma série de novas aplicações de monitorização, como também permitiu a introdução de melhorias significativas em aplicações já existentes, principalmente em termos de custos e facilidade de instalação. Uma destas aplicações, e talvez uma das mais conhecidas, é a monitorização de vibrações em estruturas. A posterior evolução no sentido de tornar o acesso a estes sensores inteligentes bastante facilitado, através do conceito designado como Internet das Coisas ou IoT (em inglês), tornou ainda mais aliciante a utilização destas tecnologias em ferramentas típicas da Engª Civil.

Muitas construções actuais, principalmente no caso de estruturas mais sujeitas a deformações, como é o caso de pontes e edifícios de construção moderna, já possuem uma infraestrutura de origem para efeitos de monitorização. No entanto, a esmagadora maioria das construções existentes não possuem tais sistemas. À medida que a dimensão das estruturas foi aumentando (estádios, aeroportos, etc), a segurança de quem os frequenta é um problema a resolver. Para isso é necessário fazer vistorias periódicas, muitas vezes dispendiosas, às condições da estrutura por forma a garantir a respectiva segurança estrutural. É neste contexto que as soluções baseada em IoT se configuram como a resposta para a monitorização permanente do estado de uma dada construção. Neste sentido, a instalação de sensores em pontos críticos da estrutura, sendo estes responsáveis por recolher dados do estado dos materiais, permite enviá-los para um servidor remoto por forma a serem tratados e analisados, possibilitando a predição de falhas e evitando desastres. Uma monitorização constante destas estruturas pode ser utilizada como ferramenta para a preservação das mesmas. Concretizar este objectivo de uma forma pouco intrusiva, económica e recorrendo ao mínimo de recursos possível (alimentação, comunicações, etc.) é um desafio aliciante.

Objectivos: Estudar a viabilidade da instalação de uma solução com RS numa dada estrutura tendo em conta as possibilidades de acoplamento, a conectividade intermitente dos nós da rede (incluindo soluções oportunísticas), e a escalabilidade do número de sensores / área monitorizada. Estudar ainda, a adaptabilidade de soluções de recuperação de energia, actualmente em desenvolvimento, para alimentação dos sensores inteligentes nestas aplicações, nomeadamente a recuperação de energia das próprias vibrações. Desenvolvimento de uma rede de sensores capaz de monitorar o estado de uma dada construção, recolhendo diversos dados, tais como vibração, deslocamento, etc, e enviá-los através de protocolos de comunicação com transmissão de baixo consumo e de longo alcance.

Descrição: Tendo alguns pontos em comum com o projecto Sensopolitan, previamente desenvolvido no GEMS, e beneficiando dos contactos previamente estabelecidos com o Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais do IST do Departamento de Engª Civil do IST, pretende-se o desenvolvimento de uma solução para o problema da monitorização distribuída de estruturas. Este trabalho implicará:

• Pesquisa bibliográfica;
• Análise de requisitos;
• Análise de limitações de instalação/conectividade dos sensores;
• Análise do tipo de sensores em função da área a monitorar;
• Análise e adaptação do sistema de alimentação por recuperação de energia de vibrações:
• Testes em ambientes simulados (ex: mesa sísmica);
• Análise do melhor solução arquitectural e dos protocolos de comunicação a utilizar;
• Desenvolvimento de solução (protótipo);
• Testes e demonstração em ambiente real.

Orientação: Rui M. Rocha, Jorge Proença (DECivil)