Publicação

A biosignal embedded system for physiological computing

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O estudo e a utilização dos biosinais tem vindo a aumentar dentro da comunidade global de engenharia. Daí têm nascido novos campos de aplicações, para além das mais tradicionais em áreas da medicina. Enumerando alguns exemplos temos: monitorização da actividade humana em desporto, onde novos dispositivos (Hardware e Software) têm vindo a ser lançados pela indústria para auto-monitorização de performance; interação Homem-Máquina em jogos de computador/consola, possibilitando ao utilizador interagir com o jogo e vice-versa; em biometria, onde novos sistemas baseados em eletrocardiografia vêm adicionar novas propriedades de identificação às modalidades já existentes (reconhecimento facial, iris, impressão digital). Adicionalmente, as recentes correntes de “Open-Source” e “Do-It-Yourself” têm vindo a transformar o modo como a indústria e o ensino de engenharia são executados. Desta forma, surgem novas plataformas de desenvolvimento, tais como o Arduino e o Raspberry Pi, que têm revelado uma vibrante comunidade de seguidores, e têm inspirado diversos projectos na área de sistemas embebidos. Contudo, muitos dos projectos encontrados no estado da arte focam-se principalmente na computação física, onde interagem com simples sensores e actuadores, tais como LEDs e botões ou mesmo pequenos motores, tendo poucos requisitos em termos de aquisição de sinal, nomeadamente baixa tolerância ao ruído e baixas frequências de amostragem, não sendo compativeis com o estudo e aquisição de biosinais. Com este trabalho apresentamos o "BITalino", uma versátil e multimodal plataforma para aquisição de biosinais, de baixo-custo, que pode ser utilizada como ferramenta em actividades de sala de aula, que possibilita a interacção com outros dispositivos, e que potencia a prototipagem rápida de aplicações finais de utilizador na área da computação fisiológica. O principal objectivo é tornar a aquisição de biosinais fácil e acessível a todos, desde estudantes, investigadores, engenhocas, e pessoas com interesse em trabalhar na área dos biosinais. O BITalino é uma placa de hardware que integra um micro-controlador, um módulo de acondicionamento para a alimentação do sistema e controlo de carga da bateria, um módulo wireless para transmissão de dados utilizando a tecnologia Bluetooth, que possibilita a sua ligação a um computador, telemóvel, ou qualquer outro dispositivo que tenha um receptor Bluetooth. Integra também vários sensores muitos especializados na medição de sinais do corpo humano, nomeadamente, sensor para medir a actividade do coração, outro que permite medir a actividade muscular, outro para medir a actividade do sistema nervoso simpático e um outro que permite medir o movimento. Adicionalmente, integra também um sensor que permite medir a luz ambiente e também um simples LED que permite dar um feedback muito simples ao utilizador da placa. Além do baixo-custo, outra particularidade do sistema é o facto de estar desenhado como um Lego, em que todos os blocos descritos anteriormente podem ser destacados da placa principal,dando liberdade ao utilizador para combiná-los do modo que for mais interessante para a sua aplicação. Neste trabalho são focados os principais conceitos teóricos para a medida de biosinais, nomeadamente Eletrocardiografia, Eletromiografia, actividade Eletrodérmica e Acelerometria, assim como a caracterização detalhada de todo o hardware e firmware, nomeadamente cada módulo e respectivos testes de caracterização e avaliação de performance. Serão apresentados também alguns exemplos de aplicação construídos com base na plataforma desenvolvida, que demonstram o seu potencial, nomeadamente: um detector de ritmo cardíaco que utiliza sinais de eletrocardiografia para actuar num LED; um controlador de luz, que utiliza sinais de acelerometria para ligar ou desligar uma lâmpada; uma fechadura de porta que é controlada através de sinais de eletromiografia; um didático e interactivo detector de mentiras que se baseia nas variações emocionais captadas através dos sinais de actividade eletrodérmica e ritmo cardíaco; e uma flôr equipada com sensores adicionais que envia mensagens para o Twitter a informar o seu estado de saúde.
Autores principais:	Guerreiro, José
Assunto:	Physiological computing Biosignal acquisition Electrocardiography Electromiography Electrodermal activity Accelerometry Light sensing Computação fisiológica Aquisição de biosinais Eletrocardiografia Eletromiografia Atividade eletrodérmica Acelerometria Sensor de luz
Ano:	2013
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Instituto Politécnico de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa

Descrição
Resumo:	O estudo e a utilização dos biosinais tem vindo a aumentar dentro da comunidade global de engenharia. Daí têm nascido novos campos de aplicações, para além das mais tradicionais em áreas da medicina. Enumerando alguns exemplos temos: monitorização da actividade humana em desporto, onde novos dispositivos (Hardware e Software) têm vindo a ser lançados pela indústria para auto-monitorização de performance; interação Homem-Máquina em jogos de computador/consola, possibilitando ao utilizador interagir com o jogo e vice-versa; em biometria, onde novos sistemas baseados em eletrocardiografia vêm adicionar novas propriedades de identificação às modalidades já existentes (reconhecimento facial, iris, impressão digital). Adicionalmente, as recentes correntes de “Open-Source” e “Do-It-Yourself” têm vindo a transformar o modo como a indústria e o ensino de engenharia são executados. Desta forma, surgem novas plataformas de desenvolvimento, tais como o Arduino e o Raspberry Pi, que têm revelado uma vibrante comunidade de seguidores, e têm inspirado diversos projectos na área de sistemas embebidos. Contudo, muitos dos projectos encontrados no estado da arte focam-se principalmente na computação física, onde interagem com simples sensores e actuadores, tais como LEDs e botões ou mesmo pequenos motores, tendo poucos requisitos em termos de aquisição de sinal, nomeadamente baixa tolerância ao ruído e baixas frequências de amostragem, não sendo compativeis com o estudo e aquisição de biosinais. Com este trabalho apresentamos o "BITalino", uma versátil e multimodal plataforma para aquisição de biosinais, de baixo-custo, que pode ser utilizada como ferramenta em actividades de sala de aula, que possibilita a interacção com outros dispositivos, e que potencia a prototipagem rápida de aplicações finais de utilizador na área da computação fisiológica. O principal objectivo é tornar a aquisição de biosinais fácil e acessível a todos, desde estudantes, investigadores, engenhocas, e pessoas com interesse em trabalhar na área dos biosinais. O BITalino é uma placa de hardware que integra um micro-controlador, um módulo de acondicionamento para a alimentação do sistema e controlo de carga da bateria, um módulo wireless para transmissão de dados utilizando a tecnologia Bluetooth, que possibilita a sua ligação a um computador, telemóvel, ou qualquer outro dispositivo que tenha um receptor Bluetooth. Integra também vários sensores muitos especializados na medição de sinais do corpo humano, nomeadamente, sensor para medir a actividade do coração, outro que permite medir a actividade muscular, outro para medir a actividade do sistema nervoso simpático e um outro que permite medir o movimento. Adicionalmente, integra também um sensor que permite medir a luz ambiente e também um simples LED que permite dar um feedback muito simples ao utilizador da placa. Além do baixo-custo, outra particularidade do sistema é o facto de estar desenhado como um Lego, em que todos os blocos descritos anteriormente podem ser destacados da placa principal,dando liberdade ao utilizador para combiná-los do modo que for mais interessante para a sua aplicação. Neste trabalho são focados os principais conceitos teóricos para a medida de biosinais, nomeadamente Eletrocardiografia, Eletromiografia, actividade Eletrodérmica e Acelerometria, assim como a caracterização detalhada de todo o hardware e firmware, nomeadamente cada módulo e respectivos testes de caracterização e avaliação de performance. Serão apresentados também alguns exemplos de aplicação construídos com base na plataforma desenvolvida, que demonstram o seu potencial, nomeadamente: um detector de ritmo cardíaco que utiliza sinais de eletrocardiografia para actuar num LED; um controlador de luz, que utiliza sinais de acelerometria para ligar ou desligar uma lâmpada; uma fechadura de porta que é controlada através de sinais de eletromiografia; um didático e interactivo detector de mentiras que se baseia nas variações emocionais captadas através dos sinais de actividade eletrodérmica e ritmo cardíaco; e uma flôr equipada com sensores adicionais que envia mensagens para o Twitter a informar o seu estado de saúde.