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Cisco Internet Business Solutions Group (IBSG) Cisco IBSG © 2011 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. 04/11 White Paper A Internet das Coisas Como a próxima evolução da Internet está mudando tudo Autor Dave Evans Abril de 2011

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Internet of Things Iot IBSG

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  • Cisco Internet Business Solutions Group (IBSG)

    Cisco IBSG 2011 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. 04/11

    White Paper

    A Internet das Coisas

    Como a prxima evoluo da Internet est mudando tudo

    Autor

    Dave Evans

    Abril de 2011

  • Cisco IBSG 2011 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Pgina 2

    White Paper

    A Internet das Coisas

    Como a prxima evoluo da Internet est mudando tudo

    A IoT (Internet of Things, Internet das coisas), algumas vezes referida como a Internet dos objetos, mudar tudo, inclusive ns mesmos. Isso pode parecer uma declarao arrojada, mas considere o impacto que a Internet j teve na educao, na comunicao, nos negcios, na cincia, no governo e na humanidade. Claramente, a Internet uma das criaes mais importantes e poderosas de toda a histria humana.

    Agora, considere que a IoT representa a prxima evoluo da Internet, dando um grande salto na capacidade de coletar, analisar e distribuir dados que ns podemos transformar em informaes, conhecimento e, por fim, sabedoria. Nesse contexto, a IoT se torna bem importante.

    J h projetos da IoT em desenvolvimento prometendo fechar a lacuna entre ricos e pobres, melhorar a distribuio dos recursos do mundo para aqueles que mais precisam deles e nos ajudar a entender nosso planeta para podermos ser mais proativos e menos reativos. Mesmo assim, existem vrias barreiras que ameaam diminuir o desenvolvimento da IoT, incluindo a transio para IPv6, ter um conjunto comum de padres e desenvolver fontes de energia para milhes, at mesmo bilhes, de sensores minsculos.

    No entanto, medida que empresas, governos, organizaes de normas tcnicas e instituies acadmicas trabalham juntos para solucionar esses desafios, a IoT continuar a progredir. Portanto, o objetivo deste artigo ensinar a voc sobre termos simples para possibilitar o entendimento da IoT e de seu potencial para mudar tudo o que conhecemos hoje.

    A IoT hoje

    Assim como em vrios conceitos novos, as razes da IoT podem ser rastreadas at o MIT (Massachusetts Institute of Technology), do trabalho at o Auto-ID Center. Fundado em 1999, esse grupo estava trabalhando no campo de identificao de frequncia de rdio em rede (RFID) e tecnologias de sensor emergentes. Os laboratrios consistiam em sete universidades de pesquisa em quatro continentes. Essas instituies foram escolhidas pelo Auto-ID Center para projetar a arquitetura da IoT.1

    Antes de falarmos sobre o estado atual da IoT, importante concordar em uma definio. De acordo com o Cisco Internet Business Solutions Group (IBSG), a IoT o momento exato em que foram conectados Internet mais "coisas ou objetos" do que pessoas.2

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    Em 2003, havia aproximadamente 6,3 bilhes de pessoas vivendo no planeta e 500 milhes de dispositivos conectados Internet.3 Ao dividir o nmero de dispositivos conectados pela populao mundial, descobrimos que existia menos de um (0,08) dispositivo por pessoa. Com base na definio do Cisco IBSG, a IoT no existia em 2003, pois o nmero de itens conectados era relativamente pequeno considerando que dispositivos ubquos, como smartphones, estavam sendo apresentados. Por exemplo, Steve Jobs, CEO da Apple, no revelou o iPhone at 9 de janeiro de 2007 na conferncia Macworld.4

    O crescimento explosivo de smartphones e tablets levou o nmero de dispositivos conectados Internet at 12,5 bilhes em 2010, medida que a populao humana chegou a 6,8 bilhes, tornando o nmero de dispositivos conectados por pessoa superior a 1 (exatamente 1,84) pela primeira vez na histria.5

    Metodologia

    Em janeiro de 2009, uma equipe de pesquisadores da China estudou os dados de roteamento da Internet em intervalos de seis meses, de dezembro de 2001 a dezembro de 2006. De maneira semelhante s propriedades da lei de Moore, suas descobertas

    mostraram que a Internet dobra de tamanho a cada 5,32 anos. Utilizando esse nmero juntamente com o nmero de dispositivos conectados Internet em 2003 (500 milhes, como determinado pela Forrester Research) e a populao mundial de acordo com o U.S. Census Bureau, o Cisco IBSG estimou o nmero de dispositivos conectados por pessoa.6

    Refinando ainda mais esses nmeros, o Cisco IBSG estima que a IoT "nasceu" entre 2008 e 2009 (ver Figura 1). Hoje, a IoT est bem encaminhada, medida que iniciativas como o Planetary Skin da Cisco, a grade e os veculos inteligentes continuam a progredir.7

    Figura 1. A Internet das coisas "nasceu" entre 2008 e 2009

    Fonte: Cisco IBSG, abril de 2011

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    Olhando para o futuro, o Cisco IBSG prev que haver 25 bilhes de dispositivos conectados Internet at 2015 e 50 bilhes at 2020. importante observar que essas estimativas no consideram os avanos rpidos da tecnologia da Internet ou de dispositivos; os nmeros apresentados tm por base o que conhecemos atualmente.

    Alm disso, o nmero de dispositivos conectados por pessoa pode parecer baixo. Isso ocorre porque o clculo tem por base a populao inteira do mundo, com grande parte ainda no conectada Internet. Ao reduzir a amostra da populao para pessoas conectadas Internet, o nmero de dispositivos conectados por pessoa aumenta consideravelmente. Por exemplo, sabemos que hoje aproximadamente 2 bilhes de pessoas usam a Internet.8 Com essa constatao, o nmero de dispositivos conectados por pessoa pula para 6,25 em 2010, em vez de 1,84.

    Ns sabemos que nada permanece esttico, especialmente em relao Internet. Iniciativas e avanos, como o Planetary Skin da Cisco, o sistema nervoso central da HP para a terra (CeNSE), e a poeira inteligente tm o potencial de adicionar milhes, ou at mesmo bilhes, de sensores Internet.9 medida que vacas, tubulaes de gua, pessoas e at mesmo calados, rvores e animais se conectam IoT, o mundo tem o potencial de se tornar um lugar melhor.

    "Com um trilho de sensores integrados no ambiente, todos conectados por sistemas de computao, software e servios, ser possvel ouvir a batida do corao da Terra, impactando a interao humana com o globo de forma profunda da mesma forma que

    a Internet revolucionou a comunicao".

    Peter Hartwell

    Pesquisador snior, HP Labs

    IoT como uma rede das redes

    No momento, a IoT composta por uma coleo livre de redes diferentes e criadas para determinada finalidade. Por exemplo, os carros atuais tm vrias redes para controlar a funo do motor, recursos de segurana, sistemas de comunicao e assim por diante. Os prdios comerciais e residenciais tambm tm vrios sistemas de controle para aquecimento, ventilao e ar-condicionado (HVAC), servios telefnicos, segurana e iluminao. medida que a IoT evolui, essas redes e muitas outras estaro conectadas com mais recursos de segurana, anlise e gerenciamento (ver Figura 2). Isso permitir que a IoT se torne ainda mais poderosa com relao ao que pode fazer para ajudar as pessoas a obterem novas conquistas.

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    Figura 2. A IoT pode ser vista como uma rede das redes

    Curiosamente, essa situao espelha o que o setor de tecnologia observou no incio da rede. No final dos anos 80 e incio dos anos 90, a Cisco se estabeleceu ao unir redes diferentes com roteamento multiprotocolo, resultando eventualmente em IP como o padro de rede comum. Com a IoT, a histria se repete, embora em uma escala muito maior.

    Por que a IoT importante?

    Antes que possamos comear a notar a importncia da IoT, primeiro necessrio entender as diferenas entre a Internet e a World Wide Web (ou Web), termos que so usados indistintamente. A Internet a camada ou rede fsica composta por switches, roteadores e outros equipamentos. Sua funo primria transportar informaes de um ponto a outro de forma rpida, confivel e segura. Por outro lado, a Web uma camada de aplicativos que opera sobre a Internet. Sua funo primria oferecer uma interface que transforme as informaes que fluem pela Internet em algo utilizvel.

    Evoluo da Web contra a Internet

    A Web passou por vrias etapas evolucionrias distintas:

    Etapa 1. Primeiro veio a fase de pesquisa, quando a Web foi chamada de ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Nesse perodo, a Web foi usada principalmente pelo meio acadmico para pesquisas.

    Etapa 2. A segunda fase da Web pode ser chamada de "panfletoware". Caracterizada pela "corrida do ouro" dos nomes de domnio, essa etapa se concentrou na necessidade de quase todas as empresas de compartilharem informaes na Internet para que as pessoas pudessem saber sobre seus produtos e servios.

    Fonte: Cisco IBSG, abril de 2011

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    Etapa 3. A terceira evoluo mudou a Web de um patamar de dados estticos para um de informaes transacionais, nas quais produtos e servios podem ser comprados e vendidos, assim como era possvel oferecer servios. Nessa fase, as empresas como o eBay e a Amazon.com explodiram no cenrio. Essa fase tambm ser lembrada como o crescimento e a exploso da bolha "ponto com".

    Etapa 4. A quarta etapa, onde estamos agora, a Web "social" ou de "experincia", na qual as empresas como Facebook, Twitter e Groupon se tornaram famosas e rentveis (um distino notvel da terceira etapa da Web) ao permitir que pessoas se comuniquem, conectem e compartilhem informaes (textos, fotos e vdeos) sobre si mesmos com amigos, famlia e colegas.

    IoT: a primeira evoluo da Internet

    Por comparao, a Internet est no caminho firme do desenvolvimento e do aprimoramento, mas no mudou muito. Ela faz essencialmente o mesmo que foi projetada para fazer durante a era da ARPANET. Por exemplo, no incio, existiam vrios protocolos de comunicao, incluindo AppleTalk, Token Ring e IP. Hoje, a Internet tem como padro o IP.

    Nesse contexto, a IoT se torna imensamente mais importante, pois a primeira evoluo real da Internet, um salto que levar a aplicaes revolucionrias com potencial para melhorar consideravelmente a forma como as pessoas vivem, aprendem, trabalham e se divertem. A IoT j transformou a Internet em algo sensorial (temperatura, presso, vibrao, iluminao, umidade e estresse), permitindo que sejamos mais proativos e menos reativos.

    Alm disso, a Internet est se expandindo para locais que at agora eram inatingveis. Pacientes esto ingerindo dispositivos da Internet em seus prprios corpos para ajudar mdicos a diagnosticar e determinar as causas de determinadas doenas.10 Sensores muito pequenos podem ser colocados em plantas, animais, bem como em recursos geolgicos e, em seguida, serem conectados Internet.11 Na outra ponta do espectro, a Internet est chegando ao espao pelo programa IRIS (Internet Routing in Space) da Cisco.12

    Evolumos porque nos comunicamos

    Os seres humanos evoluem porque se comunicam. Por exemplo, depois que o fogo foi descoberto e compartilhado no precisou ser redescoberto, apenas comunicado. Um exemplo mais moderno a descoberta da estrutura de hlice do DNA, as molculas que carregam informaes genticas de uma gerao para outra. Depois que o artigo foi publicado em um peridico cientfico por James Watson e Francis Crick em abril de 1953, a medicina e a gentica conseguiram aproveitar essas informaes para dar passos gigantescos frente.13

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    Esse princpio de compartilhamento de informaes e aproveitamento de descobertas pode ser compreendido melhor ao examinar como os humanos processam dados (ver Figura 3). De baixo para cima, as camadas da pirmide incluem dados, informaes, conhecimento e sabedoria. Os dados so a matria-prima processada em informaes. Os dados individuais sozinhos no so teis, mas em nmeros volumosos eles podem identificar tendncias e padres. Essas e outras fontes de informaes so unidas para formar o conhecimento. Na forma mais simples, o conhecimento composto por informaes das quais algum tem conhecimento. A sabedoria surge do conhecimento somado experincia. Embora o conhecimento mude com o tempo, a sabedoria atemporal e tudo comea com a aquisio de dados.

    Figura 3. Os humanos transformam dados em sabedoria

    Tambm importante observar que uma relao direta entre a entrada (dados) e a sada (sabedoria). Quanto mais dados so criados, mais conhecimento e sabedoria as pessoas obtm. A IoT aumenta consideravelmente a quantidade de dados disponvel para processamento. Isso, juntamente com a capacidade da Internet de comunicar esses dados, permitir que as pessoas avancem ainda mais.

    IoT: essencial para o progresso humano

    medida que a populao do planeta continua a crescer, o mais importante que as pessoas se tornem administradores da terra e de seus recursos. Alm disso, as pessoas desejam viver vidas saudveis, gratificantes e confortveis para si prprios, suas famlias e aqueles com quem se preocupam. Ao combinar a capacidade da prxima evoluo da Internet (IoT) para sentir, coletar, transmitir, analisar e distribuir dados em grande escala, com a maneira das pessoas processarem informaes, a humanidade obter o conhecimento e a sabedoria necessrios no apenas para sobreviver, mas para prosperar nos prximos meses, anos, dcadas e sculos.

    Fonte: Cisco IBSG, abril de 2011

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    Aplicativos da IoT: o que vacas, tubulaes de gua e pessoas tm em

    comum

    Quando cruzamos o limite ao conectar mais objetos do que pessoas Internet, uma grande janela de oportunidades foi aberta para a criao de aplicativos nas reas de automao, sensores e comunicao entre mquinas. Na verdade, as possibilidades so quase infinitas. Os seguintes exemplos destacam algumas das maneiras como a IoT est mudando as vidas das pessoas para melhor.

    Minha nossa!

    No mundo da IoT, at mesmo as vacas estaro conectadas. Um relatrio especial na The Economist intitulado "Augmented Business" descreve como as vacas sero monitoradas (ver Figura 4). A Sparked, uma empresa holandesa nova, implanta sensores nas orelhas do gado. Isso permite que os fazendeiros monitorem a sade das vacas e acompanhem seus movimentos, garantindo um suprimento maior e mais saudvel de carne para o consumo. Em mdia, cada animal gera cerca de 200 megabytes de informaes por ano.14

    Figura 4. At mesmo as vacas tm sensores.

    Mumbai: um conto de duas cidades

    Enquanto maior eficincia e novos modelos de negcios tero um impacto econmico positivo, de vrias maneiras o aspecto humano fortalecer o benefcio mais importante da IoT. Uma das reas na qual a IoT pode fazer uma diferena relevante ao fechar a lacuna da pobreza. Dr. C.K. Prahalad em seu livro, A Riqueza na Base da Pirmide - Como Erradicar a Pobreza com o Lucro, oferece algumas estatsticas surpreendentes comparando Dharavi (a regio mais pobre de Mumbai) com Warden Road (a melhor parte da cidade, a apenas alguns blocos).

    Fonte: The Economist, 2010.

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    O valor que as pessoas de Dharavi pagam pela gua municipal de $1,12 por metro cbico. Isso comparado aos $0,03 para os residentes de Warden Road. A injustia clara: as pessoas pobres de Mumbai pagam 37 vezes mais pela gua (uma necessidade bsica).15

    A principal fonte da desigualdade um custo maior de fornecimento de servios pblicos para os bairros mais pobres devido a ineficincias de infraestrutura, problemas como vazamentos e roubo. De acordo com um artigo no The Wall Street Journal, "h sete anos, mais de 50 por cento da energia distribuda pela North Delhi Power Ltd. no era paga pelos clientes. Um desafio importante das companhias eltricas reduzir o furto pela populao pobre da ndia".

    Figura 5. Ineficincias dos servios eltricos na ndia.

    Devido a seus sensores ubquos e sistemas conectados, a IoT disponibilizar s autoridades mais informaes e controle para identificar e corrigir esses problemas. Isso permitir que os servios sejam operados de forma mais rentvel, oferecendo incentivo adicional para melhorar infraestruturas em bairros mais pobres. Mais eficincia tambm permitir preos mais baixos, o que, por sua vez, encorajar aqueles que usam os servios de graa a se tornarem clientes contribuintes.16

    Fonte: The Wall Street Journal, 2009.

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    Melhor qualidade de vida para os idosos

    A populao mundial est envelhecendo. Na verdade, cerca de 1 bilho de pessoas com 65 anos ou mais sero classificadas como tendo atingido a "idade da aposentadoria" no meio do sculo.17 A IoT pode melhorar consideravelmente a qualidade de vida do nmero cada vez maior de idosos. Por exemplo, imagine um dispositivo pequeno e utilizvel que pode detectar os sinais vitais de uma pessoa e enviar um alerta para um profissional de sade quando atingir determinado limite ou sentir quando uma pessoa cair e no conseguir se levantar.

    Desafios e barreiras da IoT

    Vrias barreiras tm o potencial de retardar o desenvolvimento da IoT. As trs maiores so a implantao de IPv6, a alimentao dos sensores e um acordo de padres.

    Implantao de IPv6. O mundo ficou sem endereos IPv4 em fevereiro de 2010. Embora nenhum impacto real tenha sido percebido pelo pblico em geral, essa situao tem o potencial de diminuir o progresso da IoT, pois os possveis bilhes de novos sensores exigiro endereos IP. Alm disso, o IPv6 facilita o gerenciamento de redes devido a recursos de autoconfigurao e oferece recursos de segurana aprimorados.

    Energia do sensor. Para que a IoT atinja seu potencial completo, os sensores devero ser autossustentveis. Imagine trocar as baterias de bilhes de dispositivos implantados no planeta inteiro e at mesmo no espao. Obviamente, isso no possvel. O que necessrio so sensores para gerar eletricidade a partir de elementos ambientais, como vibraes, luz e fluxo de ar.18 Em uma descoberta relevante, os cientistas anunciaram um nanogerador comercialmente vivel, um chip flexvel que usa os movimentos do corpo, como a compresso dos dedos para gerar eletricidade, no 241 National Meeting & Exposition da American Chemical Society em March de 2011.19

    "Esse desenvolvimento [o nanogerador] representa um marco na produo de produtos eletrnicos portteis que podem ser alimentados por movimentos do corpo sem a utilizao de baterias ou tomadas eltricas. Nossos nanogeradores esto prontos para mudar as vidas no futuro. Seu potencial est limitado apenas pela imaginao".

    Zhong Lin Wang

    Cientista principal, Georgia Institute of Technology

    Padres. Embora haja muitos progressos na rea de normas tcnicas, ainda no o suficiente, especialmente nas reas de segurana, privacidade, arquitetura e comunicaes. A IEEE apenas uma das organizaes que trabalham para solucionar esses desafios garantindo que os pacotes de IPv6 possam ser roteados por tipos de redes diferentes.

    importante observar que embora existam barreiras e desafios, eles no so intransponveis. Considerando os benefcios da IoT, esses problemas podem ser resolvidos. apenas uma questo de tempo.

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    Prximas etapas

    Com frequncia a histria se repete. Como no incio, quando o slogan da Cisco era "A cincia de conectar as redes" a IoT est em uma etapa na qual redes diferentes e vrios sensores devem ser unidos sob um conjunto de normas tcnicas comum. Esse esforo exigir que empresas, governos, organizaes de normas tcnicas e instituies acadmicas trabalhem juntos em busca de um objetivo comum.

    Em seguida, para que a IoT seja aceita pela populao em geral, os provedores de servios e outros devem disponibilizar aplicativos que ofeream valor tangvel para as vidas das pessoas. A IoT no deve representar o avano da tecnologia s por causa da tecnologia; o setor deve demonstrar valor em termos humanos.

    Por fim, a IoT representa a prxima evoluo da Internet. Considerando que os seres humanos avanam e evoluem transformando dados em informaes, conhecimento e sabedoria, a IoT tem o potencial de mudar o mundo como conhecemos, mas para melhor. A velocidade desse processo depende de ns.

    Para obter mais informaes, entre em contato com Dave Evans, o futurista e tecnlogo chefe da Cisco para o Cisco IBSG, em [email protected].

    Os seguintes indivduos fizeram contribuies importantes para o desenvolvimento deste artigo:

    Scott Puopolo, vice-presidente, Cisco IBSG Service Provider Practice

    Jawahar Sivasankaran, gerente snior, Cisco IT Customer Strategy & Success group

    JP Vasseur, engenheiro renomado, Cisco Emerging Technologies

    Michael Adams, Cisco IBSG Communications Strategy Practice

    Notas finais

    1. Fonte: Wikipedia, 2011.

    2. Fonte: Cisco IBSG, 2011.

    3. Fontes: U.S. Census Bureau, 2010; Forrester Research, 2003.

    4. Fonte: Wikipedia, 2010.

    5. Fontes: Cisco IBSG, 2010; U.S. Census Bureau, 2010.

    6. Embora ningum possa prever o nmero exato de dispositivos conectados Internet permanentemente, a metodologia de aplicao de uma constante (duplicao do tamanho da Internet a cada 5,32 anos) para um nmero geralmente acordado de dispositivos conectados em um determinado momento (500 milhes em 2003) oferece uma estimativa apropriada para os fins deste artigo. Fontes: "Internet Growth Follows Moore's Law Too", Lisa Zyga, PhysOrg.com, 14 de janeiro de 2009, http://www.physorg.com/news151162452.html; George Colony, fundador e diretor executivo da Forrester Research, 10 de maro de 2003, http://www.infoworld.com/t/platforms/forrester-ceo-web-services-next-it-storm-873

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    7. Fonte: "Planetary Skin: A Global Platform for a New Era of Collaboration", Juan Carlos Castilla-Rubio e Simon Willis, Cisco IBSG, maro de 2009, http://www.cisco.com/web/about/ac79/docs/pov/Planetary_Skin_POV_vFINAL_spw_jc_2.pdf

    8. fonte: World Internet Stats: Usage and Population Statistics, 30 de junho de 2010.

    9. Fontes: Cisco, 2010; HP, 2010.

    10. Fonte: "The Networked Pill", Michael Chorost, MIT Technology Review, 20 de maro de 2008, http://www.technologyreview.com/biomedicine/20434/?a=f

    11. Fonte: "Researchers Debut One-Cubic-Millimeter Computer, Want to Stick It in Your Eye", Christopher Trout, Endadget, 26 de fevereiro de 2011, http://www.engadget.com/2011/02/26/researchers-debut-one-cubic-millimeter-computer-want-to-stick-i/

    12. O programa IRIS (Internet Routing in Space) da Cisco utiliza o Cisco Space Router para ampliar o acesso IP usando satlites. O roteador elimina a necessidade de enviar dados de e para uma estao terrestre adicional, o que pode ser caro e exigir tempo. Alm disso, os Cisco Space Routers ampliam o acesso IP para reas que no esto cobertas por redes tradicionais terrestres ou redes 3G, oferecendo capacidade IP consistente e pervasiva independentemente da localizao geogrfica.

    13. Fonte: "The Discovery of the Molecular Structure of DNA", NobelPrize.org.

    14. Fonte: "Augmented Business", The Economist, novembro de 2010.

    15. Fonte: Fortune at the Bottom of the Pyramid: Eradicating Poverty Through Profits, Dr. C.K. Prahalad.

    16. Fonte: "India Has Its Own Kind of Power Struggle", The Wall Street Journal, Jackie Range, 7 de agosto de 2009.

    17. Fonte: Naes Unidas, 2010.

    18. Fonte: "Smart Dust Sensor Network with Piezoelectric Energy Harvesting", Yee Win Shwe e Yung C. Liang, ICITA, 2009, http://www.icita.org/papers/34-sg-Liang-217.pdf

    19. Fonte: "First Practical Nanogenerator Produces Electricity with Pinch of the Fingers", PhysOrg.com, 29 de maro de 2011, http://www.physorg.com/news/2011-03-nanogenerator-electricity-fingers.html

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