Fin de PFC: Estudio de posibles diseños de sistemas de navegación para casos de ceguera o deficiencia visual grave

Bastón Blanco

 

Tras una tediosa etapa de recopilación y organización de información, se pone fin a este proyecto fin de carrera. Su objetivo, continuando en la linea del pasado artículo, consiste en estudiar si los últimos avances tecnológicos permitirían que todo aquel que sufre de poca o ninguna visión pueda disfrutar de una mayor autonomía al desplazarse por la ciudad o en interiores.

El documento impreso incluye en primer lugar un estudio del perfil de usuario, tratando cuestiones como cuál es el número de usuarios potenciales, qué necesitan, cuáles son sus circunstancias (empleo, educación, nivel de ingresos, etc.) o cómo se manejan con las nuevas tecnologías. En dicho estudio y a lo largo del documento se recomienda aprovechar la creciente tendencia a utilizar teléfonos inteligentes en el diseño de futuros dispositivos; proyectos clásicos como The vOICe cuentan con su propia aplicación móvil gratuita.

En segundo lugar, se ahonda en la trayectoria I+D+i de los sistemas de navegación para personas con discapacidad visual. No han sido pocas las soluciones propuestas hasta la fecha, empezando por los trabajos de Paul Bach-y-Rita, C. C. Collins et alii en el ámbito de la sustitución sensorial; las propuestas simultáneas de Collins y Jack M. Loomis acerca de recurrir al GPS para guiar a invidentes; incluso la progresiva introducción de elementos propios de la realidad aumentada, hasta sistemas más recientes que trabajan con visión artificial (Seeing AI), redes de balizas BLE (Bluetooth Low Energy, ver WayFindr), etc.

Una vez alcanzado el punto de desarrollo actual, se evalúan una lista de campos tecnológicos con amplia financiación como posibles elementos críticos en el desarrollo de futuros sistemas; a saber: realidad virtual y aumentada, wearables, conducción autónoma, drones, y otros tantos relacionados con el nuevo paradigma de las telecomunicaciones (5G, IoT, WSN, … ).

Pasados estos puntos, se propone una nueva arquitectura de sistema fundamentada en la visión artificial y las nuevas infraestructuras de telecomunicaciones, guiados por los proyectos previos, aceptación de los dispositivos desarrollados, y las necesidades y características de los futuros usuarios.

Uno de los elementos clave en dicha arquitectura consiste en la interfaz de usuario, ya que aun disponiendo de toda la información útil sobre el entorno, discernir qué necesita conocer el usuario y cómo comunicárselo de forma óptima constituye uno de los principales problemas de este tipo de sistemas.

Realidad aumentada - sonido 5

La solución propuesta es vieja, pero en un nuevo contexto técnico: la realidad aumentada. A día de hoy se podrían aprovechar tecnologías de este campo, con Tango (Google) o Microsoft Hololens como ejemplos característicos, para introducir en el entorno elementos virtuales perceptibles por el oído (imagen arriba) o por el tacto que describan el entorno al usuario de forma intuitiva.

Sin embargo, las interfaces hápticas (tacto) actuales son muy pobres como para implementar soluciones de este tipo. Es por ello que se ha diseñado una plataforma de pruebas para la estimulación nerviosa transcutánea sobre la placa de desarrollo F28377S Launchpad de Texas Instrument (imagen abajo), y una interfaz con la plataforma Matlab, de cara a continuar en otra de las viejas soluciones: la interfaz electrotáctil.

Un ejemplo de dispositivo comercial que emplea esta tecnología es el BrainPort v100, fruto (en parte) de los trabajos de Paul Bach-y-Rita et alii; pero extender el campo de acción de la interfaz electrotáctil a zonas del cuerpo más allá de la lengua conlleva complicaciones aún sin resolver.

El objetivo del dispositivo desarrollado es, por tanto, trabajar con técnicas recientes orientadas a resolver este problema, y estudiar si es posible implementar una interfaz electrotáctil que “envuelva” al usuario. Se prevé que este tipo de interfaz permitiría simular percepciones útiles para guiar al usuario de forma eficiente, tales como el contacto con objetos virtuales (ejemplo en la figura de abajo, derecha).

Congreso EWSN 2017 en Upsala

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Del 20 al 22 de febrero tuvo lugar en Upsala (Suecia) la International Conference on Embedded Wireless Systems and Networks (EWSN 2017), uno de los eventos europeos de mayor relevancia en redes de sensores. Este año, la conferencia estaba especialmente enfocada a la fiabilidad de este tipo de redes y sistemas, organizándose incluso una competición en torno a esta temática. Además, hubo dos workshops de temática más específica, NextMote: Next Generation Platforms for the Cyber-Physical Internet y MadCom: New Wireless Communication Paradigms for the Internet of ThingsPor último, se realizó también una sesión de posters y demos en la que se presentaron trabajos e ideas interesantes.

Como representación del B105 asistieron a esta conferencia los miembros Alvaro Araujo y Ramiro Utrilla, presentando este último en el Workshop NextMote su trabajo A hybrid approach to enhance cognitive wireless sensor networks with energy-efficient software-defined radio capabilities“, enmarcado dentro de su tesis y cuyos co-autores han sido Alba Rozas, Javier Blesa y Alvaro Araujo. La asistencia a este evento ha sido una gran oportunidad para conocer trabajos de muchas universidades del mundo, así como para recibir realimentación sobre la investigación que realizamos en el grupo.

Merece la pena destacar que el año que viene esta conferencia tendrá lugar en la Universidad Carlos III de Madrid, lo que será una gran oportunidad para fomentar la participación de más estudiantes y miembros del B105.

Por último, además de la experiencia de asistir a un evento de estas características, el viaje nos permitió visitar a antiguos miembros del B105 y disfrutar de unos días en un país magnífico como es Suecia, que nos sorprendió con una calurosa bienvenida en el aeropuerto.

DISEÑO PARA LA MEJORA Y EXPANSIÓN DE UNA PASARELA DE COMUNICACIONES ENTRE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICA Y UN TELÉFONO MÓVIL INTELIGENTE

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En este proyecto se trabajará sobre el concepto de las redes inalámbricas de sensores, cuyo uso se encuentra muy extendido en la sociedad. Estos sistemas interactúan con el entorno  en el que se encuentran recopilando diferentes parámetros del mismo como puedan ser humedad, temperatura o velocidad del viento. También pueden desempeñar diferentes aplicaciones como el control del estado de la infraestructura de un edificio.

Estos nodos se comunican unos con otros a través de la tecnología de radiofrecuencia, lo cual supone una complicación para poder proveer a un operario del sistema de una interfaz clara que le permita acceder a toda esta información recabada del entorno y realizar diferentes gestiones sobre el estado de la infraestructura de la red.

Ante esta necesidad, observamos que un smartphone puede ser una herramienta con mucho potencial de cara a proveernos de una interfaz gráfica e intuitiva para establecer intercambios de información con la red.

Todo este escenario se resolvió con un proyecto anterior en el cual se diseñó un dispositivo para actuar como nodo pasarela de comunicaciones (PGN) entre la red de nodos y un teléfono móvil inteligente haciendo las funciones de interfaz gráfica de cara a un usuario final.

Sin embargo, en este proyecto existían una serie de limitaciones en cuanto a la funcionalidad del sistema global, y es que el rol asignado al nodo PGN dentro de la red no permitía ni el despliegue de la infraestructura ni la posterior puesta en marcha del sistema sin la presencia física de dicho elemento. Por otro lado,  el protocolo de comunicaciones implementado no nos permitía acceder a toda la información sobre la red que nos gustaría de cara a establecer una comunicación lo más eficiente posible.

Por lo tanto, se ha diseñado un nuevo rol para la pasarela de comunicaciones dentro de la infraestructura de red que permita aumentar la funcionalidad y flexibilidad de la misma, y se ha diseñado un nuevo protocolo de red que nos permita establecer una comunicación más efectiva entre todos los elementos del  sistema. A continuación se puede observar el nuevo diseño del entramado de mensajes así como un ejemplo ilustrativo de una petición, respecto al valor medido de temperatura y su correspondiente respuesta, sobre un dispositivo concreto del sistema:

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Petición y respuesta para comando get_temperature

En este proyecto se ha conseguido corregir estas limitaciones ampliando la funcionalidad del sistema global. Se han realizado las siguientes tareas:

  • Se ha diseñado e implementado el firmware necesario para gestionar el correcto funcionamiento de cada uno de los dispositivos del sistema. Para ello se ha trabajado sobre la capa de aplicación del protocolo de red.
  • Desarrollo e implementación de un nuevo entramado para las peticiones y respuestas de la red y diseño de una gama más amplia de mensajes.
  • Integración de aplicación Android en el sistema para mejor interacción entre WSN y usuario.
  • Herramientas utilizadas: IAR (C), Android Studio (Java).

Artículo aceptado en la EWSN 2017

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Los días 20, 21 y 22 de febrero de 2017 se celebrará en Upsala (Suecia) la Conferencia Internacional Embedded Wireless Systems and Networks (EWSN 2017).  En ella, el miembro del B105 Ramiro Utrilla presentará su artículo “A hybrid approach to enhance cognitive wireless sensor networks with energy-efficient software-defined radio capabilities“. En concreto, este trabajo, enmarcado dentro de su tesis y cuyos co-autores han sido Alba Rozas, Javier Blesa y Alvaro Araujo, ha sido aceptado en el Workshop Next Generation Platforms for the Cyber-Physical Internet (NextMote).

En primer lugar, el artículo propone una metodología híbrida de operación para redes inalámbricas de sensores cognitivas (CWSN) que consiste en que los nodos de dicha red exploten la tecnología de radio definida por software (SDR) para llevar a cabo aquellas acciones que estrictamente requieren su alta flexibilidad, empleando transceptores tradicionales de función específica, que demandan menos recursos del nodo, para las tareas restantes. A continuación, se presenta la arquitectura y los principales componentes electrónicos de una plataforma capaz de operar según esta metodología. Esta solución constituye una reducción significativa del consumo de energía en comparación con los sistemas SDR de bajo consumo existentes, manteniendo al mismo tiempo la funcionalidad necesaria para la investigación en CWSNs.

Esperamos que nuestro trabajo sea de interés para la comunidad y que la asistencia al congreso sea una gran experiencia de la que traernos nuevas ideas y contactos de interés para el grupo.

¡Estamos de aniversario!

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Quizá este post debería haberse publicado hace un año… pero ya sabéis… las prisas, los trámites, las 7 pruebas de Asterix…

El caso es que hace un año (día arriba día abajo) estábamos de enhorabuena, contentos, orgullosos y nerviosos (unos más que otros) porque llegaba el día de…

¡DEFENDER LA TESIS!

El día 10 de noviembre le tocó el turno a Elena, con su tesis “Cognitive strategies for reducing energy consumption in Wireless Sensor Networks” dirigida por Alvaro Araujo.

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Al día siguiente, Javi defendía su tesis “Cognitive strategies for security in Wireless Sensor Networks” dirigida también por Alvaro Araujo.

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Todo fue muy bien y desde hace un año tenemos dos minidocs!!

Muchas gracias a todos por el apoyo durante el desarrollo de la tesis.

B105 rules!

DESARROLLO DE UN ENTORNO CON CONTROL DE TEMPERATURA ORIENTADO A SIMULACIONES DE REDES DE SENSORES INALÁMBRICAS

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Siempre que se realiza el diseño de un sistema electrónico se debe tener en cuenta en qué condiciones estará funcionando. No siempre es posible realizar todas las pruebas de funcionamiento sobre el terreno y por ello es necesario disponer de entornos de laboratorio en los que poder hacerlas previamente. Con la idea de cubrir esta necesidad ha surgido este proyecto, en el que se ha desarrollado un sistema sobre el cual poder realizar dichas pruebas de funcionamiento controlando la temperatura.

El funcionamiento del sistema es sencillo, el usuario debe conectarse a la Raspberry Pi 2, que se utiliza como sistema de control. Una vez conectado deberá ejecutar el software desarrollado y el propio sistema le pedirá uno por uno los valores necesarios para definir el perfil de temperatura del experimento. Al finalizar el experimento el sistema ofrece un archivo en el que se han almacenado las lecturas segundo a segundo realizadas por los sensores internos.

La caja se ha realizado de madera por ser un material resistente a focos de temperatura altos y poderse manejar fácilmente a la hora de realizar un montaje casero. El sensado de la temperatura se realiza mediante termopares tipo K a los que se ha añadido un convertidor ADC específico para este tipo de dispositivos. El calor se genera mediante tubos de infrarrojos similares a los que podemos encontrar en las estufas eléctricas de casa o en lámparas para mantener la comida caliente. Además el sistema cuenta con un conjunto de ventiladores y ventanas que pueden abrirse de manera controlada para expulsar el calor del interior del sistema.

TFM: Diseño e implementación de dispositivos vestibles

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El término vestible hace referencia al conjunto de aparatos y dispositivos electrónicos que se sitúan en alguna parte de nuestro cuerpo e interactúan de forma continua con el usuario y/o con otros dispositivos. Un dispositivo vestible es un dispositivo electrónico capaz de ser programado por el usuario para realizar unas tareas determinadas. Estos dispositivos, principalmente están compuestos por un microcontrolador, un conjunto de sensores y actuadores, uno o varios módulos y una batería. Debido a la gran variedad de dispositivos que existen actualmente, estos componentes pueden variar significativamente si se estudian diferentes dispositivos. Los dispositivos vestibles están en auge y en continuo desarrollo. Uno de los motivos de este crecimiento es que la utilización de estos puede encontrarse en una gran variedad de campos, como pueden ser la salud, el deporte y bienestar, entretenimiento, así como en el ámbito industrial y militar. Los dispositivos más utilizados actualmente, son los relojes inteligentes, las pulseras de actividad, gafas inteligentes o incluso la ropa inteligente. El continuo crecimiento de este mercado, ha permitido que se puedan diseñar dispositivos con mayor funcionalidad y un tamaño más reducido. Uno de los aspectos más importantes de estos dispositivos, es el consumo de energía. Esto se debe a que los dispositivos son alimentados por una batería y es muy importante que se diseñe un dispositivo con tamaño y peso reducido sin menospreciar la autonomía de los dispositivos. Por esto, se necesitan desarrollar sistemas de bajo consumo.

El principal objetivo del proyecto es desarrollar una plataforma orientada a la utilización en un dispositivo vestible. La plataforma estará compuesta por un microcontrolador, un sensor, una interfaz de comunicación inalámbrica, una pantalla y un motor.
El microcontrolador será el componente que proporcione la inteligencia a la plataforma. El sensor elegido es una acelerómetro y se utilizará para medir la aceleración que sufre el dispositivo. La comunicación inalámbrica servirá para comunicarse con otros dispositivos y se va a utilizar Bluetooth Low Energy (BLE). Por último, el motor se utilizará para alertar al usuario de alguna situación mediante una vibración.
Para llevar a cabo el objetivo del proyecto, se realizará el diseño y la implementación hardware y software de la plataforma así como diferentes pruebas para verificar el correcto funcionamiento de esta.

“A security scheme for wireless sensor networks” aceptado en el Globecom 16

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Como ya os comentamos hace unos días la visita de nuestro compañero Hacene Fouchal fue muy productiva. Una de las actividades que realizamos fue un artículo para el congreso Globecom’16 y por el gran trabajo realizado, el artículo ha sido aceptado.

El artículo propone un nuevo sistema de seguridad para redes de sensores inalámbricas (WSNs) que asegura la autenticación de los nodos aunque no tengan acceso a una autoridad de certificados. EL congreso se celebrará del 4 al 8 de Diciembre en Washington. Esperemos que sea una gran experiencia para Hacene.

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Matrículas de HONOR

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B105 rules!

Hemos terminado el curso de enhorabuena. Nuestros rookies han demostrado lo buenos que son, nada es casualidad. Muchas felicidades tanto para ellos como para sus tutores. Estamos orgullosos de vosotros.

Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
– Carlos Arenas Escribano y su tutor Alvaro Araujo

Master Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos
– Ángela González Mariño y su tutor Alvaro Araujo

Grado en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación
– María Álvarez Custodio y su tutora Elena Romero Perales
– Clara Nieto-Taladriz Moreno y su tutor Javier Blesa Martínez

Y, por supuesto, felicidades a todos los que han defendido sus trabajos en este duro mes de Julio: angela, carenas, clara, davidtrc, fgarciadela, iaspera, idiaz, jfernandez, jlancha, jpomeda, malvarez, sonia, jose.maria, cristian y a todos sus tutores! Gran trabajo!

TFG: DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN ANDROID PARA EL CONTROL Y GESTIÓN DE UNA RED INALÁMBRICA DE SENSORES

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Las redes inalámbricas de sensores están experimentando un crecimiento en los últimos años, debido a la necesidad cada vez más frecuente de obtener datos de nuestro entorno. Estas redes, al estar enfocadas al bajo consumo, y por tanto muy limitadas en recursos, no tienen una forma sencilla de mostrar sus datos al usuario. Esto provoca la necesidad de una interfaz de usuario cómoda para el manejo de las redes de sensores.

En un anterior proyecto, aplicado a la red de sensores de Prometeo (proyecto finalizado hace varios años, que ayuda a la prevención de incendios forestales) se solucionó este problema desarrollando una pasarela de comunicaciones entre la red y un smartphone. Esta fue una buena solución, ya que la mayoría de las personas llevan un móvil encima, y la red de sensores de Prometeo utiliza radiofrecuencia en sus telecomunicaciones, no accesible por los teléfonos móviles. La pasarela se podía comunicar con la red de sensores por radiofrecuencia, además de disponer de un puerto USB para la comunicación con un dispositivo Android.

Este proyecto parte de las limitaciones que presenta el anterior: la aplicación utilizada era algo inestable e implementaba un protocolo antiguo de la red de Prometeo. Se desarrolla en este proyecto una nueva aplicación Android con un diseño fuertemente modular y flexible para su posible uso en otras redes de sensores. Además, se ha rediseñado la anterior pasarela para que permita una comunicación Bluetooth Low Energy (BLE) en vez de USB.

El desarrollo de este proyecto, después del estudio de las tecnologías a usar, ha tenido lugar a través de los siguientes pasos generales:

  • Diseño y desarrollo de una aplicación Android que permita una conexión USB implementando el nuevo protocolo de Prometeo.
  • Desarrollo de un emulador de la pasarela del anterior proyecto, para que implemente el nuevo protocolo de Prometeo y permita probar la aplicación.
  • Rediseño de la anterior pasarela para que implemente BLE, con su posterior soldadura de componentes y programación del microcontrolador.
  • Dotación de la aplicación Android con la posibilidad de conectarse mediante BLE con la nueva pasarela diseñada.