Plataforma vestible para interfaces hombre-máquina

Abstract

Las interfaces hombre máquina (HMI: Human Machine Interface) permiten establecer un enlace directo entre un usuario y una computadora. Existen HMIs ya establecidas, como el teclado alfanumérico, y otras alternativas, como aquellas basadas en la detección de la voluntad del usuario a partir de los biopotenciales que éste genera en su cuerpo. Estos dispositivos permiten realizar operaciones simples como encender/apagar artefactos, discar números telefónicos o escribir textos a partir de la interpretación de las señales que son captadas mediante electrodos. Los biopotenciales más utilizados son el electromiograma (EMG), proveniente de la actividad muscular, y el electroencefalograma (EEG), producto de las señales cerebrales.El monitoreo standard de EEG requiere de un incómodo y largo proceso de preparación que, además, puede llevar a experiencias poco placenteras para el usuario. Este proceso involucra preparación de la piel y aplicación de gel para electrodos, montaje de varios sensores cableados y su conexión a una unidad central de adquisición. El proceso dista de ser amigable, confortable y conveniente, resulta en la estigmatización de los usuarios y limita el uso de los dispositivos de adquisición de EEG a entornos clínicos o controlados. Para poder llevar el uso de HMIs a la vida cotidiana, requerimos que el dispositivo sea fácil de instalar, liviano, portátil e inalámbrico. Una HMI debe capturar biopotenciales y, a partir de éstos, generar comandos que son enviados a una computadora, celular u otro dispositivo. En particular, una HMI vestible (wearable) debe admitir ser instalada sobre el usuario con la facilidad de una prenda de vestir,debe poder ser utilizada en ambientes no controlados y sin supervisión profesional, no debe obstruir la actividad diaria ni quitar confort a sus usuarios. Como restricción adicional debe considerarse la barrera de acceso que representa el costo y mantenimiento para usuarios e instituciones de salud. Además, para la comodidad del usuario, la HMI debe comunicarse inalámbricamente con la computadora, celular u otro dispositivo que reciba los comandos. Estos requerimientos imponen serias demandas tanto al diseño de la instrumentación necesaria para la captura de las señales como en las plataformas sobre las cuales realizar su procesamiento. La instrumentación no solo debe cumplir con requisitos estrictos de tamaño, peso, eficiencia energética y robustez; sino que además es fundamental que el sensor de biopotenciales sea el electrodo de tipo seco, para evitar la aplicación de gel. Estos transductores son excelentes en cuanto al confort y simplicidad de instalación, pero sus propiedades eléctricas son muy pobres comparadas con los electrodos húmedos: poseen impedancias de alto valor, impredecibles y desbalanceadas [6], que conducen a sistemas muy vulnerables a fuentes de EMI y artefactos. Existen algunos dispositivos comerciales para captura de EEG simples de instalar, como el Emotiv y el Neurosky, destinados a la industria de entretenimiento. Estos equipos son de bajo costo, pero poco confiables y menos aúnrobustos. En otro extremo, firmas como Gtec™ ofrecen sistemas de adquisición de EEG portátiles de alta calidad como el g.MOBIlab+, que puede utilizar electrodos activos secos, pero son productos de muy alto costo y algo voluminosos, pues permiten capturar hasta 8 canales de EEG. Este trabajo describe el desarrollo de un equipo que pretende ubicarse en el medio de estas alternativas: conseguir un dispositivovestible de dos canales, liviano, de bajo costo, simple de reproducir y que permita adquirir señales de biopotenciales de alta calidad. El dispositivo, se enmarca en el paradigma de los dispositivos vestibles: tamaño reducido, se alimenta mediante baterías y transmite las señales en forma inalámbrica. Se presentan además, consideraciones respecto de sus requerimientos y el relevamiento de su performance.