Tal y como se ha constatado en unidades anteriores de este módulo, el impacto del IoT en el avance de la industria sanitaria es muy destacado. La llegada de la medicina digital ha dado lugar a un mayor esfuerzo para desarrollar plataformas, tanto a nivel hardware como software. Esta visión ha conducido al desarrollo de los sistemas IoMT, los cuales incluyen tecnologías de comunicación entre los nodos de detección y los procesadores, y los algoritmos de procesamiento para generar una salida a partir de los datos recogidos por los sensores. Sin embargo, en la actualidad, estas tecnologías habilitadoras se apoyan también en varias tecnologías nuevas. Así, por ejemplo, el uso de la inteligencia artificial va a transformar los sistemas IoMT en casi todos los niveles, como sucede prácticamente con cualquier otro ámbito tecnológico a día de hoy. De forma más específica para el IoMT, el paradigma de computación en la niebla (fog) y el borde (edge) va a acercar la potencia de cálculo a la red desplegada y, por tanto, tratar de mitigar algunos de los retos descritos en la sección anterior. Las redes definidas por software (SDN) aportarán flexibilidad al sistema, mientras que las cadenas de bloques (blockchain) plantean nuevos casos de uso en los sistemas IoMT, especialmente en lo concerniente a aspectos de seguridad e integridad de los datos. Conceptos más novedosos si cabe como el internet de las nano cosas (IoNT) y el internet táctil (TI) completan el diverso conjunto de nuevas tecnologías que impulsarán la innovación en el corto y medio plazo de las aplicaciones IoMT. A continuación, se describen en más detalle las principales características de estas tecnologías y su rol en el IoMT.
Arquitecturas híbridas avanzadas
La computación en el borde o frontera es un paradigma de computación distribuida que acerca computación y almacenamiento de datos a la ubicación en la que se necesita para mejorar los tiempos de respuesta y ahorrar ancho de banda en el IoT. La computación en la nube presenta una arquitectura horizontal útil para distribuir sin problemas recursos y servicios informáticos, almacenamiento de datos, control y funcionalidad de red en la infraestructura que conecta la nube al IoT. Por tanto, la principal ventaja de las arquitecturas que combinan computación en la niebla y el borde es la capacidad de reducir la latencia y permitir una mayor capacidad computacional con recursos limitados. Gracias a estas características, este tipo de arquitecturas permite dar soporte a las aplicaciones que requieren una gran potencia de cálculo y un bajo retardo, lo cual resulta de especial interés en el IoMT (Figura 1).
Una de las características más importantes de las aplicaciones y servicios del IoMT es la baja latencia. Para cumplir este requisito, el tiempo de transmisión entre los nodos (sensores) y el sumidero (unidad de procesamiento) tiene que reducirse todo lo posible. Esto puede lograrse acortando la distancia entre los nodos y el sumidero o acelerando la transmisión. La computación en el borde permite hacer ambas cosas. Este tipo de arquitectura proporciona potencia de cálculo localmente en la red, lo cual es esencial ya que los nodos IoMT son por lo general de baja potencia en términos de energía y recursos computacionales. Así, el tiempo de transmisión entre los dispositivos de borde y las unidades de procesamiento se reduce significativamente, ya que la unidad de procesamiento se convierte en parte de la red. Los datos se (pre)procesan en el borde en el borde, por ejemplo, en el teléfono inteligente del usuario, y luego se descargan en la unidad de procesamiento remota, por ejemplo, un servidor remoto. En ambos casos, el rendimiento de la red en términos de latencia mejora considerablemente. Además, la computación de borde ayuda a proporcionar interoperabilidad entre múltiples dispositivos al aislar los dispositivos de borde de la red o nodo central.
Los sistemas de niebla y de borde también proporcionan una plataforma para asegurar los datos recogidos por los sensores. Las capacidades informáticas introducidas cerca de los dispositivos pueden ayudar a asegurar los datos generados por el usuario a partir de las capas más bajas del IoT. La seguridad de los datos mediante la adopción de un sistema distribuido en lugar de un sistema centralizado se consigue mediante el uso del paradigma de la niebla. Esta estrategia es especialmente útil para mitigar los ataques de denegación de servicio distribuidos, como los causados por botnets, los cuáles son una amenaza crítica para un sistema IoMT. Asegurar los dispositivos sensores permite actuar como la primera línea de defensa contra las amenazas de seguridad, ya que el acceso al sensor permite a un atacante muchas posibilidades de explotar el sistema y amenazar la seguridad de los datos críticos del usuario. Otra opción es encriptar los datos de monitorización antes de su transmisión a la nube. Esta capa de seguridad añadida puede implementarse utilizando también el nodo de borde.
Blockchain
Las cadenas de bloques o blockchain constituyen una estructura de datos cuya información se agrupa en bloques a los que se les añade información extra relativa a otro bloque de la cadena anterior en una línea temporal. De esta forma, gracias al uso de técnicas criptográficas, la información contenida en un bloque solo puede ser repudiada o editada modificando todos los bloques posteriores. Esta propiedad permite su aplicación en un entorno distribuido de manera que la estructura de datos blockchain puede ejercer de base de datos pública que contenga un histórico irrefutable de información, impidiendo que los datos puedan ser hackeados.
Las aplicaciones de las cadenas de bloques (blockchain) ya no se limitan a las criptomonedas, sino que se pueden encontrar en muchos nuevos escenarios de aplicación. Uno de estos nuevos ámbitos de aplicación es precisamente el sanitario. En el contexto del IoMT, las cadenas de bloques pueden aportar soluciones a muchos retos críticos. Las ventajas de la blockchain en la IoMT incluyen, entre otras, el compartir de forma segura los datos de los pacientes entre plataformas, mejorar la interoperabilidad de los datos y eliminar la necesidad de terceros para el control de acceso. De este modo se crea un sistema eficiente, transparente, rápido y seguro. Blockchain permitirá contribuir a asegurar los sistemas IoMT proporcionando un sistema transparente de almacenamiento de datos y aprovechando los contratos inteligentes, esto es, programas informáticos que facilitan, aseguran, hacen cumplir y ejecutan acuerdos registrados entre dos o más partes, para dar soporte directo en las transacciones realizadas en los servicios de salud digital. El uso de contratos inteligentes puede garantizar que los servicios ofrecidos por los proveedores de servicios sean asimismo compensados de forma segura y justa.
Red definida por software (SDN)
Las redes definidas por software o software defined networks (SDN) están teniendo un gran impacto en la gestión de redes, especialmente en los sistemas del IoT. Tienen como objetivo el facilitar la implementación e implantación de servicios de red de una manera determinista, dinámica y escalable, evitando al administrador de red gestionar dichos servicios a bajo nivel. La implementación de las SDN está haciendo que el IoMT pase de ser un sistema de aplicación específica a un ecosistema más programable. Las SDN desacoplan esencialmente el plano de control y de datos de la red. Este desacoplamiento permite la configuración y gestión dinámica y flexible de las reglas de reenvío de datos en la red, lo cual se consigue mediante la virtualización de las funciones de los dispositivos de red para adaptarse a los requisitos de la red en tiempo real. Por lo tanto, se consigue una utilización más eficiente de la energía, una mejor asignación y gestión de los recursos y una mayor seguridad y privacidad.
El tremendo aumento del tamaño y la diversidad de la red crea heterogeneidad en la misma y genera datos masivos que requieren análisis, extracción de características, y procesamiento. La arquitectura actual del IoMT es incapaz de ofrecer flexibilidad, reconfiguración e interoperabilidad. Para abordar estas limitaciones de la red IoT, la SDN ofrece gestión, virtualización y accesibilidad de red, además de utilización de recursos, gestión de energía, y, seguridad y privacidad separando el control de la red de los dispositivos de hardware. Como se ha mencionado antes, la principal funcionalidad de la SDN es aislar el plano de control del plano de datos de la red para agilizar el rendimiento de la misma. Este dispositivo de red actúa únicamente como un dispositivo de reenvío, que reenvía una secuencia de paquetes desde el origen hasta el destino regulando los flujos bajo diversas políticas. El plano de control en la SDN es una unidad centralizada, mientras que el plano de datos funciona de forma distribuida. Las SDN se apoyan sobre la arquitectura de la red de gestión de telecomunicaciones. Esta consta de tres planos: el plano de gestión, el plano de datos y el plano de control. El plano de gestión constituye la unidad de mantenimiento y operaciones de la red, es decir, los operadores humanos y el software que supervisa el estado de la red, y la configura y la actualiza. El plano de datos realiza la transmisión de datos siguiendo una tabla de flujo. Los routers, conmutadores, cortafuegos y circuitos están equipados con una tabla de flujo para transmitir los datos. El plano de control se encuentra en el controlador centralizado para configurar la red de acuerdo con los requisitos de la aplicación, por ejemplo, la ruta de la red, los protocolos de enrutamiento, las políticas de la red. Estos requisitos son especificados por el plano de aplicación.
IoT de las nanocosas (IoNT)
Los avances en la miniaturización de los sistemas electrónicos durante los últimos años están conduciendo a un aumento exponencial de la gama de nodos sensores disponibles para monitorizar diversos parámetros vitales del cuerpo humano. Este tipo de sistemas, frecuentemente denominados como nanocosas, han experimentado un crecimiento explosivo en el mercado y, como consecuencia, están dejando un enorme impacto en diversos ámbitos, como la exploración petrolera, la monitorización y el descubrimiento de aguas subterráneas, la evaluación de daños en estructuras y hormigón, la agricultura, las ciudades inteligentes, la monitorización de procesos industriales, la monitorización de la vida salvaje y la comunicación de alta velocidad. En el contexto de la salud, existen cada vez más dispositivos diminutos inteligentes vestibles e implantables, haciendo necesario desarrollar nuevas infraestructuras especiales para proporcionar apoyo a las nanocosas, el denominado, internet de las nanocosas (IoNT).
La comprensión básica del IoNT desde la perspectiva de la IoMT puede entenderse mejor a partir de las funciones de las nanocosas. Las nanocosas, habilitadas por los sistemas nanoelectrónicos y las técnicas de fabricación de precisión, son los dispositivos de detección y actuación. Estos se despliegan en los órganos o en el torrente sanguíneo y se comunican a través de una de las múltiples tecnologías de comunicación que permiten la nanocomunicación para transmitir la información detectada y/o la actuación controlada. Las aplicaciones de las IoNT son inmensas, y van desde la administración de fármacos de precisión, donde nanorobots proveen fármacos a órganos específicos con una precisión milimétrica lo que se traduce en un tratamiento más eficaz y la reducción de los efectos secundarios, el diagnóstico de precisión y los microprocedimientos en los órganos inaccesibles del cuerpo.
No obstante, existen múltiples retos que dificultan el desarrollo de la IoNT y, por extensión, de la IoNT para la salud. En primer lugar, existen inmensas limitaciones energéticas debido al diminuto tamaño de las nanocosas. La autogeneración o recolección de energía, por ejemplo, a partir del calor humano o la electricidad corporal, puede ser una solución prometedora para una red IoNT con limitaciones de energía. Existen asimismo problemas de diseño que deben abordarse con respecto a la estructura de la antena, de nuevo tanto por cuestiones de tamaño como por robustez a las interferencias de la señal dentro del cuerpo. Otros problemas destacados corresponden, a desafíos para los protocolos interoperables para la comunicación y el intercambio de datos, problemas de seguridad y mantenimiento de la privacidad, y dificultades en el despliegue operativo de la red de nanocosas.
Internet táctil
El internet táctil está referido a una nueva visión de la conectividad sensorial a través de Internet. El concepto fue acuñado hacia 2014 pero surge con una iniciativa del IEEE en 2015 para estandarizar la comunicación entre dispositivos que tratan de reproducir los sentidos y los estímulos de cara a permitir la percepción en el mundo digital (Maier, 2016). El internet táctil se basa en la interacción física remota también definidos como háptica. El término háptico se refiere a su vez a la percepción cinestésica y la percepción táctil. La percepción cinestésica se refiere a los datos que representan el movimiento del cuerpo, definido fundamentalmente por orientación, velocidad y posición. La percepción táctil es la información que define la percepción del tacto, como la textura de la superficie, la fricción, etc. Esta interacción háptica entre las cosas y los humanos solo puede ser eficaz si la comunicación entre los nodos es ultrarrápida y altamente fiable. La percepción cinestésica sigue una comunicación de bucle cerrado; por lo tanto, requiere una comunicación de retardo cero. En cambio, la percepción táctil es un sistema de bucle abierto, por lo que las limitaciones de tiempo no son tan estrictas. El internet táctil está habilitada por la comunicación háptica, que permite transmitir la percepción de tacto y actuación en tiempo real. Por lo tanto, hay un conjunto de limitaciones estrictas de latencia en la comunicación en el internet táctil, definiendo el estándar un retardo de ida y vuelta máximo de 1 milisegundo.
El papel del internet táctil en la sanidad es especialmente importante. Algunas de las aplicaciones potenciales de esta tecnología en el IoMT son: prótesis locomotoras y sensoriales (detectan el entorno y lo traducen en impulsos eléctricos percibidos en la piel, por ejemplo en el caso de personas que sufren discapacidades visuales o auditivas), rehabilitación (los sensores/actuadores pueden ayudar a percibir sensaciones perdidas, por ejemplo en el caso de parálisis motoras), cirugía a distancia (permite percibir al especialista las sensaciones hápticas que tendría con el material quirúrgico durante un procedimiento presencial) o formación médica interactiva (en combinación con tecnologías de realidad aumentada o virtual, la realimentación háptica permite mejorar los procesos pedagógicos así como definir escenarios críticos difícilmente replicables en un contexto real).