Las tecnologías sin contacto están evolucionando con la búsqueda de nuevas técnicas para mejorar su funcionalidad y ofrecer múltiples aplicaciones en los edificios inteligentes y hospitales. Es el caso del proyecto europeo Silense, que se basa en el uso de los ultrasonidos para identificar los movimientos de las manos para ejecutar órdenes.
Este proyecto, financiado por el programa europeo Horizonte 2020, se desarrolló en tres años (2017-2020), bajo la coordinación de NXP Semiconductores Belgium NV, que trabajó junto a 33 socios procedentes de nueve países diferentes.
El proyecto Silense se dividió en tres partes, coincidiendo con cada uno de los años en los que se llevó a cabo el proyecto. En el primer año se procedió a la búsqueda y consolidación de la tecnología de ultrasonido eficaz. Mientras que el segundo y tercer año se destinaron a la integración del sistema de captación de ultrasonidos en diferentes aparatos enfocados a distintos usos, como edificios inteligentes, hospitales, controles de acceso, wearables, e incluso, vehículos.
Búsqueda del sistema de ultrasonido
El proyecto Silense utiliza ultrasonidos no audibles para el ser humano, por lo que no perjudica la salud de las personas. Se desarrolló un dispositivo capaz de emitir estos ultrasonidos y que, al mismo tiempo, recepcionara los eco producidos por el movimiento de la mano, que en función de cómo se perciba la señal se ejecutará una acción concreta. De esta forma, el primer paso de Silense fue obtener el sistema y la tecnología que permitiría captar este tipo de señal.
En el primer año se crearon tres equipos de trabajos: uno para estudiar los sistemas de sensores de largo alcance, otro para la detección de movimiento de alta resolución y reconocimiento de gestos, y, por último, el tercer equipo se encargó de la comunicación de datos.
El prototipo de detección de gestos por ultrasonido resultante tiene un diseño basado en la herramienta SDSoC Xilinx, que actúa como hardware de procesamiento, y una matriz de ultrasonido, que incorpora transductores de Infineon.
Con el fin de gestionar mejor la señal de radiofrecuencia y obtener una detección más precisa, los investigadores optaron por el uso del beamforming con ultrasonidos, que les proporcionaba una recopilación de datos útiles, mientras que los algoritmos de aprendizaje automático 3D-CNN permiten mejorar el sistema.
Para la captación del eco del ultrasonido, los investigadores tuvieron que probar diferentes configuraciones de micrófonos para seleccionar aquel que ofrecía un procesamiento óptimo y cumplía los requisitos establecidos para incorporarlo en el prototipo final.
Ultrasonidos en aplicaciones médicas
Uno de los casos de uso donde se puede aplicar esta tecnología es en los hospitales, ya que facilitará y mejorará la atención a los pacientes y permitirá obtener una mayor eficacia en el trabajo que realizan los sanitarios.
Este proyecto ofrece a los hospitales una automatización de las habitaciones, el reconocimiento del chasquido de los dedos, detección de convulsiones y restricción de área. Una de las ventajas de Silense es que sigue funcionando durante la noche, ya que al aplicar ultrasonidos el sistema detecta e identifica los gestos de la mano. Es este caso, el reconocimiento de gestos se ha diseñado como una red neuronal, capacitada especialmente para el trabajo.
El objetivo es proporcionar a los pacientes con movilidad reducida la posibilidad de gestionar de manera autónoma diferentes elementos de la habitación, como las persianas, la iluminación o avisar al personal sanitario, entre otros.
Para ello, se instalan dos dispositivos: un detector y repetidor de los ultrasonidos, que identifica los ecos producidos por la mano; y un reconocimiento de los gestos, que interpreta la acción. En el caso de que un paciente sufra una convulsión, los sensores recopilan la amplitud de movimiento, para analizar si se excede del umbral predefinido en el programa. Si esto ocurre, el sistema envía automáticamente una alerta a los médicos.
Para los casos de cuarentena o instalaciones psiquiátricas, los sanitarios no tendrán que preocuparse de si un paciente abandona su habitación, ya que el sistema de Silense utiliza emisores de ultrasonido que identifican de manera codificada cada habitación. De esta forma, y con la ayuda de una banda en la muñeca o tobillo del paciente, la señal codificada se envía a la banda. Si ésta recibe un código de área no autorizado, se activa una alarma para avisar al personal del hospital.
Asistentes de voz compatibles con ultrasonidos
El proyecto Silense también ha realizado casos prácticos enfocados en los edificios inteligentes para el control de los dispositivos conectados, la apertura de puertas sin contacto o el conteo de personas en el interior de los establecimientos.
Sin embargo, las investigaciones también se han focalizado en el uso de los altavoces inteligentes. En el estudio se dieron cuenta de que este tipo de dispositivos pueden estar funcionando, aunque no se requiera su uso y, por lo tanto, podrían violar la privacidad de las personas.
Bajo esta línea, los investigadores se centraron en la activación y desactivación del altavoz inteligente, para que solo funcionase cuando realmente se iba a utilizar. Con la colaboración de la compañía Elliptic Labs, se ha desarrollado un módulo de detección de presencia integrado que aplica el ultrasonido. Este sistema se implementa en el altavoz y permite detectar a la persona en un rango de acción de un metro, activando el dispositivo.
Este módulo se ha incorporado en el altavoz inteligente Knowles Smart, junto con un clasificador basado en el aprendizaje automático, que permite mejorar la solidez de la detección durante su uso. Knowles Smart se ha probado en diversos entornos con diferentes elementos de ruidos, como en reuniones, oficinas, hogares o vestíbulos de hoteles y el resultado ha sido satisfactorio, ya que el módulo ha interpretado las señales de ultrasonido obviando el resto de las interferencias del espacio.
Gracias al proyecto Silense, los ultrasonidos aportan una nueva forma de desarrollar aplicaciones y soluciones sin contacto que fomentan la accesibilidad y garantizan la seguridad de las personas hospitalizadas, mantienen la privacidad de los usuarios y evitan el contacto para disminuir los contagios de enfermedades.