Investigadores desarrollan anillo inteligente para el cuidado de la salud y la realidad extendida

May 12, 2023

1 de junio de 2023

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por Katherine DeFiore, Universidad Estatal de Pensilvania

Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Penn State tiene como objetivo habilitar el cuidado de la salud y la realidad extendida, que abarca la realidad virtual, aumentada y mixta, con su anillo de detección inteligente, OmniRing.

El anillo utiliza sensores de unidad de medición inercial (IMU), que pueden capturar la ubicación, la velocidad y la rotación de los dedos, y sensores de fotopletismografía (PPG), que utilizan una luz infrarroja para medir los cambios volumétricos en la circulación sanguínea. Los sensores IMU se usan para detectar y rastrear el movimiento de los dedos, y los sensores PPG se usan para recopilar y analizar métricas de salud como la frecuencia cardíaca, los niveles de glucosa y la saturación de oxígeno.

"Los datos del sensor ofrecen información rica para poder capturar el estrés y el estado de ánimo del usuario y recomendar actividades de meditación y relajación", dijo Mahanth Gowda, Profesor Asistente de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la Familia Wormley. "Actualmente estamos explorando aplicaciones más profundas en la intersección de la detección, el aprendizaje automático y Edge Internet of Things para ampliar las capacidades de lo que se puede lograr en el conveniente tamaño pequeño de un anillo".

El artículo del equipo de investigación, "One Ring to Rule Them All: An Open Source Smartring Platform for Finger Motion Analytics and Healthcare Applications", ganó recientemente el premio al Mejor artículo en la categoría "Edge Internet of Things Artificial Intelligence" durante el Internet of Things Design y Conferencia de Implementación.

El documento detalla cómo, a diferencia de los relojes inteligentes, el OmniRing no tiene una pantalla y, por lo tanto, puede soportar una mayor duración de la batería. Esto hace posible usar el anillo todo el tiempo, incluso mientras duerme y nada, lo que permite que el anillo capture niveles más profundos e íntimos de información sensorial.

"Nuestra esperanza es llevar la tecnología a la realidad", dijo Taiting Lu, estudiante de doctorado y líder de hardware de OmniRing. "Debido a que el anillo puede tener un gran potencial para ayudar a las personas en el futuro, no queremos limitarlo al laboratorio sino llevarlo al mundo real".

Para cumplir con ese fin, el equipo de investigación se convirtió en el primero en desarrollar un anillo inteligente con un diseño de código abierto, lo que significa que han revelado todos los detalles de su hardware, software y firmware. Esto permitirá a la comunidad de investigación encontrar y desarrollar casos de uso potencialmente interesantes para la tecnología.

Lu enfatizó que el proyecto es un logro del trabajo en equipo, en el que cada miembro desempeña un papel crucial para hacer realidad la tecnología. El equipo de investigación incluye, junto con Gowda y Lu, a los candidatos a doctorado Hao Zhou, Yilin Liu, Shijia Zhang y Runze Liu.

"Visualizamos un papel importante para OmniRing en el futuro: las personas podrán interactuar sin esfuerzo con sus dispositivos conectados utilizando movimientos manuales", dijo el estudiante de doctorado y líder de aprendizaje automático de OmniRing, Hao Zhou. "Los datos emocionales y de salud personal se pueden transmitir de forma selectiva en tiempo real, lo que permite que los dispositivos circundantes interpreten la información y respondan adecuadamente. Dicho de otra manera, nuestro objetivo es esforzarnos por garantizar que OmniRing merezca su nombre".

Además de la atención médica y la XR, el anillo puede potencialmente permitir el reconocimiento y la traducción del lenguaje de señas al integrarse con otros sensores, dijeron los investigadores.

Para hacer esto, el laboratorio de Gowda está colaborando activamente con Kenneth DeHaan, director del programa de Maestría en Artes en Educación del Lenguaje de Señas en la Universidad de Gallaudet en Washington, DC, y miembro de la comunidad sorda.

Lu explicó que su equipo de investigación y DeHaan exploraron los desafíos que podrían abordarse con dicha tecnología. DeHaan destacó una situación común para el equipo: "A menudo, en un entorno público como una cafetería, por ejemplo, los baristas o meseros suelen estar impacientes por ayudar cuando un cliente está escribiendo su pedido, degradando al cliente y su experiencia de compra. Esto es por eso que queremos nivelar el campo de juego con esta tecnología".

En la primavera de 2023, Lu y su equipo participaron en el programa de curso corto Invent Penn State NSF I-Corps, que ayuda a los investigadores a conectarse y entrevistar a clientes potenciales para aprender qué iteraciones potenciales hacer a su tecnología, así como la mejor manera de presentar y hablar de la tecnología, antes de entrar en el mercado.

"El mayor beneficio del curso corto es que me enseñó cómo encontrar las necesidades o las dificultades de los clientes", dijo Lu. "Podemos pensar que nuestro producto es el mejor y puede resolver todos estos problemas, pero la realidad es que lo primero que debemos hacer es escuchar las opiniones de los socios y clientes y de la comunidad, luego podemos tomar una buena decisión sobre cuál La aplicación de nuestra tecnología tiene más sentido".

El equipo de OmniRing también participó en Happy Valley LaunchBox impulsado por PNC Bank Idea TestLab, un programa de 4 semanas que ayuda a cualquier persona con una idea a conectarse con clientes potenciales para definir mejor el problema y una posible solución. Lu dijo que él y su equipo también tuvieron la oportunidad de colaborar con Alert Heart, otra empresa emergente de Penn State, que está desarrollando un dispositivo capaz de detectar ataques cardíacos de forma inalámbrica y alertar a los cuidadores.

"Definitivamente recomendaría el curso corto a otros investigadores", dijo Lu. "Sería un buen punto de partida si tienes un producto y fondos de investigación y un prototipo. Te da mucha experiencia y puedes aprender cómo llevar la tecnología del laboratorio a la vida real".

En este momento, OmniRing ha sido probado y es capaz de detectar movimientos de manos y dedos en 3D, dijeron los investigadores. El próximo paso para el equipo es programar el anillo para que reconozca los movimientos de manos y dedos específicos de ASL, así como implementar las funciones de atención médica como el monitoreo de la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno.

El equipo de investigación actualmente está buscando oportunidades de colaboración para la investigación y la comercialización, y espera participar en el programa de Equipos Nacionales I-Corps de la NSF este verano para reducir su mercado a través de entrevistas adicionales con los clientes.

El estudio se publica como parte de las Actas de la 8.ª Conferencia ACM/IEEE sobre diseño e implementación de Internet de las cosas.

Más información: Hao Zhou et al, One Ring to Rule Them All: An Open Source Smartring Platform for Finger Motion Analytics and Healthcare Applications, Actas de la 8.ª Conferencia ACM/IEEE sobre diseño e implementación de Internet de las cosas (2023). DOI: 10.1145/3576842.3582382