Wearable Smartwatch

Os avanços na pesquisa de Wearable Smartwatch tem avançado com a exploração de novas possibilidade de sensores eletromagneticos. A Disney Research¹, uma rede de laboratórios de pesquisa internacional que incentiva publicações científicas como seu principal mecanismo de controle de qualidade e envolvimento global com a comunidade científica, publicou em novembro passado uma pesquisa que essencialmente auxilia atividades humanas traduzidas de um caráter inteligente de informações, controle, supervisionamento e recomendações.

Wearable SmartWatch: EM-Sense

Foi construído um dispositivo – EM-Sense (Fig. 2) de fácil acomodação capaz de reconhecer objetos, e que conciliado com informações predefinidas e/ou colhidas no decorrer de uma progressão de tarefas tem a probidade de interagir de forma inteligente com demais aparelhos eletrônicos ou eletromecânicos facilitando e gerando utilidade ao contexto diário do seu usuário.

Fig. 1 – Dispositivo Wearable EM-Sense detectando a porta de um escritório.

O projeto utiliza-se de um Wearable Smartwatch (um tipo de “relógio” usado como uma segunda tela do smartphone. O “relógio” geralmente usa a internet e é capaz de receber aplicativos para mostrar informações e operar recursos do telefone) e um sensor de fácil acomodação que não obstrui a movimentação natural do indivíduo que o porta. Quando o usuário toca em um objeto, ondas eletromagnéticas (EM) são conduzidas pelo corpo desse usuário até um eletrodo acoplado ao Wearable Smartwatch. Logo, através do processamento dessa informação é feito o reconhecimento do objeto que foi tocado pelo usuário. A partir daí é possível definir uma série de aplicações para o dispositivo, como por exemplo: ao chegar no trabalho e tocar na maçaneta da porta do escritório o dispositivo reconhece que o usuário está chegando ao expediente e exibe alertas de e-mail, mensagens, agenda de reuniões ou algo do tipo.

Contexto Científico do Wearable SmartWatch: EM Sense

Ondas EM

É relevante que dispositivos eletroeletrônicos ou mecânicos emitem ondas eletromagnéticas quando estão em funcionamento. Essas ondas são caracterizadas a partir do encapsulamento do objeto e dos seus componentes. James Clerk Maxwell (Fig. 3)² foi um físico e matemático escocês que no século XIX deduziu equações e teorias base para as conclusões que se têm sobre eletromagnetismo e combinações dos campos magnéticos e elétricos, isto é, ondas EM que esses dispositivos geram quando estão em funcionamento.

Essas ondas descrevem de forma um tanto particular a identidade desse dispositivo. Contudo, quando inseridos num ambiente natural, nota-se que outras ondas fazem coro com as ondas que os dispositivos geram. Essas ondas produzem um efeito de interferência umas nas outras (Fig. 4) e essa interferência pode ser construtiva, quando ocorre um reforço da onda e sua amplitude resultante é maior do que a amplitude de cada uma das ondas que se superpõem ou destrutiva, quando ocorre um cancelamento (total ou parcial da onda). Nesse cancelamento a amplitude da onda resultante é menor do que pelo menos uma das amplitudes das ondas que se superpõem [2].

Fig. 3 – Exemplo de interferência (a) construtiva (b) destrutiva.

Isso porém, não é exclusividade dos dispositivos eletroeletrônicos. É conclusivo que alguns objetos não elétricos (portas, janelas, escadas, dentre outros), também, são capazes de produzir ondas EM, ou seja, gerarem interferências [3] e que a infraestrutura e os ambientes também produz em e/ou são caminhos de propagação das interferências EM (dependendo da acuidade das interferências que se deseja captar, o próprio circuito interno, devido à sua tecnologia, pode gerar outras interferências no ambiente).

Dispositivo: EM-Sense –

O EM-Sense foi construído para captar os ruídos naturais dos objetos tocados pelo usuário e processar os sinais eletromagnéticos gerados por esses objetos em tempo real. EM-Sense pode ser classificado como um tipo de tecnologia vestível – Wearable SmartWatch Essas tecnologias já são pesquisadas desde os anos 80 e tem se destacado pela promessa de trazer mais conveniência aos seus usuários em diversas vertentes nas quais as aplicações estão inseridas. Dentre as várias aplicações é comum as que visam o beneficiamento humano e animal [4].

Nesse caso, o conceito de Wearable SmartWatch não se limitou apenas ao uso vestível do EM-Sense, mas em tornar o usuário parte da tecnologia, como um “componente” receptor de ondas eletromagnéticas. Por apresentar características intrínsecas de condutividade natural, o corpo humano pôde ser utilizado como um tipo de “antena”, o que elimina a utilização de demais instrumentos de sensoriamento e captação no ambiente.

Isto é, através de um tipo modificado de rádio receptor – RTLSDR (Fig. 5), faixas de frequências de ondas EM (as faixas de interesse desse escopo estão, inicialmente, abaixo de 25MHz) são capturadas e direcionadas para o conversor A/D³ de forma que sua sintonia e o roteamento no chipset principal desse conversor tem um range de captura de 1Hz – 28.8MHz.

Fig.4 – Rádio Receptor (RTLSDR) – 8-bit resolution, 2Vpp

Os sinais EM emitidos pelos objetos em funcionamento são captados por um eletrodo em contato com o corpo humano e tem uma faixa de entradas no conversor A/D de 1MHz até 500MHz. Nota-se que sinais ao entorno do corpo humano geram interferência (ruídos) no sinal foco (propagado pelo objeto tocado no momento), contudo, essas ondas de interferência são relativamente baixas e tratáveis, visto que se diferenciam, geralmente, das ondas emitidas pelos objetos foco em amplitude e velocidade (mais lentas).

Identificacao Wearable SmartWatch

Como possibilidade de resolução desse fator de interferência é feita uma representação do sinal subtraindo-se o ruído do ambiente, da onda EM em emissão em uma janela de captação de 100ms
(Fig. 6). Assim, um “perfil de ruído” é então delineado e, se o objeto “tocado” for segurado por alguns segundos, essa onda EM é inserida nesse perfil de ruído de forma que, quando o objeto for solto, um largo espectro negativo será observado pelo analisador dos sinais.

Fig. 6 – Wearable EM-Sense capturando um sinal EM emitido por um objeto A onda EM é subtraída do perfil de ruído delineado para o ambiente em questão

Apoiado nisso e baseados numa “coleção” de ondas EM previamente catalogadas os objetos são comparados/identificados e exibidos no smartwatch.

Aplicações Wearable SmartWatch – EM-Sense –

Exemplo de uso e aplicação do dispositivo EM-Sense (Fig 7):

• em casa – temporizar tarefas cotidianas, manter um histórico de massa corpórea (balança de medidas), definir padrões de atividades como cozinhar…, uso de demais eletrodomésticos característicos: uso de TV, geladeira…

• no escritório – uso de estruturas fixas (porta do escritório) para identificar que a pessoa chegou a um determinado lugar podendo, assim, atribuir tarefas ou informações pertinentes ao ambiente em que ela se encontra. Ex.: Ao chegar no escritório poderiam ser emitidos alertas de e-mails, mensagens… bem como ao sair, poderia ser sugerido um lembrete de passar no mercado, por exemplo. Ao tocar no laptop o dispositivo poderia fazer um processo de “auto-autenticação”, uso de uma superfície de detecção de toque (multitouchscreen) para exposição de brainstorms (Tempestade de ideias).
  O dispositivo permitiria diferenciar o toque de usuários diferentes caracterizando-o individualmente (Ex.: exibição de cores diferentes para cada usuário que tocar na tela touchscreen).

• na oficina – pode ser usado para mensurar tempo de produção, sugerir forma ideal para trabalhar com um tipo específico de ferramenta e/ou a forma como essa ferramenta está sendo utilizada
  (ex. rotação de uma ferramenta de corte de madeira).

• mobilidade – ao fechar a porta do escritório e/ou dar partida na motocicleta o usuário poderia ser informado de uma previsão de tempo de percurso e condições de trânsito até o seu destino (informações obtidas por meio de ações conciliadas – Ex.: sair do escritório e meio de transporte), também, identificação do meio de transporte (Ex.: carro, motocicleta, ônibus…).

Fig. 7 – Exemplo de aplicações do Wearable EM-Sense

O video abaixo mostra o sistema em uso:

Comparativo entre trabalhos Wearable SmartWatch

Alguns trabalhos semelhantes ao publicado pela Disney Research têm, em sua essência, caminhos tecnológicos um pouco diferentes, como, na forma de captação dos sinais EM obtidos por meio de RFIDs⁴, que juntamente com uma lógica programacional reconhecem alguns objetos previamente catalogados, todavia sem distinguir o contexto do usuário, ambiente e objeto. Ou seja, se o usuário está próximo, longe ou tocando no objeto.

Uma vez que a abordagem utiliza o corpo humano como parte do dispositivo, se faz necessário mensurar como essa abordagem é sensível para diferentes anatomias e se essas identidades de ondas EM são consistentes no decorrer do tempo. Também, há a necessidade de formar uma base de assinaturas singulares para uma vasta gama de objetos.

Explorar aspectos importantes de similaridade de sinais para dispositivos semelhantes (mesma categoria de objetos, mas modelos diferentes), em locais diferentes (influência do ambiente no reconhecimento) e reconhecimento de estados operacionais de objetos.

Outras questões, também foram levantadas para posteriores estudos. Necessidade de observar os efeitos que outros ambientes têm sobre o reconhecimento de objetos; verificar se o range de frequências delimitado é, de fato, o escopo geral ideal para dispositivos elétricos e eletromecânicos.

Conclusao Wearable SmartWatch

As frequências discutidas englobaram uma fatia das classes desses dispositivos e não se comprovou quão fiel é a condução das várias frequências dos objetos ao dispositivo EM-Sense pelo corpo humano.

A discussão é inovadora e coloca em destaque alguns trabalhos semelhantes e corroborativos a esse, como exemplo o Touché: enhancing touch interaction on humans, screens, liquids, and everyday objects [5] – Toché usa uma técnica capaz de detectar um evento de toque humano, isto é, reconhece configurações/posição das mãos e corpo humano e o artigo Humantenna: using the body as an antenna for real-time whole-body interaction [6] que usa o corpo humano como uma antena para compreender os gestos feitos pelo usuário sem a necessidade de demais instrumentos no ambiente.

Referências

[1] História da Evolução dos Robôs. Disponível em <http://www.resumosetrabalhos.com.br/historia-da-evolucao-dos-robos.html>

[2] SILVA, Domiciano Correa Marques Da. “Interferência de ondas”; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/interferencia-ondas.htm>. Acesso em 19 de maio de 2016.

[3] Gierad Laput, Chouchang Yang, Robert Xiao, Alanson Sample, and Chris Harrison. Em-sense: Touch recognition of uninstrumented, electricaland electromechanical objects. In Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software & Technology, pages 157–166. ACM, 2015

[4] WEARABLE: Tecnologia que Veio para Ficar – Parte 1. Disponível em <http://www2.decom.ufop.br/imobilis/wearable-tecnologia-que-veio-para-ficar>

[5] Munehiko Sato, Ivan Poupyrev, and Chris Harrison. Touché: enhancing touch interaction on humans, screens, liquids, and everyday objects. In Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, pages 483–492. ACM, 2012

[6] Gabe Cohn, Daniel Morris, Shwetak Patel, and Desney Tan. Humantenna: using the body as an antenna for real-time whole-body interaction. In Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, pages 1901–1910. ACM, 2012.

Summary

Article Name

Wearable SmartWatch: EletroMagnetismo para reconhecimento inteligente

Description

Wearable SmartWatch: EletroMagnetismo para reconhecimento de Objetos e Ações do usuário

Author

Anderson Luiz

Publisher Name

iMobilis

Publisher Logo