Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas.

El sistema está formado por una interfaz (1) constituida por uno o varios electrodos de captura de señal electromiográfica (actividad bioeléctrica muscular), un auricular/micrófono y un transmisor/receptor de radiofrecuencia; un módulo nexo (2), con medios para la codificación e interpretación de las señales electromiográficas que tienen en cuenta tanto su duración, como su amplitud e intervalo, conectado de forma inalámbrica al transmisor/receptor de la interfaz (1); y un controlador (3), constituido por medios para controlar y gestionar los dispositivos que constituyen el entorno de inteligencia ambiental de tipo domótico, inmótico, militar u otros, cuya entrada está conectada a la salida del modulo nexo (2).

Adicionalmente, la comunicación facilitada por el auricular/micrófono se completa con unas lentes que incorporan un dispositivo capaz de proyectar mensajes visuales sobre su parte interna

Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas.

La presente invención se refiere a un sistema para interactuar de forma remota con un entorno inteligente, tanto en el hogar (entorno domótico) como en edificios de uso terciario e industrial, incluyendo naves industriales (entorno inmótico) u otros entornos, mediante la utilización de señales electromiográficas generadas voluntariamente por el usuario.

La invención se enmarca dentro del campo de la Computación Fisiológica, que consiste en el uso de señales fisiológicas como interfaz de entrada a sistemas TIC (Tecnología de la Información y Comunicación), pero también a cualquier dispositivo que requiera de las órdenes del usuario para su funcionamiento o utilización. Su objetivo es transformar señales bioeléctricas del sistema nervioso en entradas a un ordenador en tiempo real para enriquecer la interactividad. La interfaz de la invención alcanza nuevas metas, ya que se comporta como un mando a distancia ubicado en el propio cuerpo del usuario.

Antecedentes de la invención

En entornos domóticos, inmóticos, en la conducción o en la práctica de deportes, son conocidos dispositivos que actúan mediante interruptores o teclados o bien mediante mandos a distancia, por cable o de forma inalámbrica (infrarrojos, radiofrecuencia, tecnologías bluetooth o gestión por voz). Sin embargo, en la mayoría de los casos, se requiere del empleo de las manos para actuar sobre los mismos. Ello supone un problema importante en situaciones en que el usuario necesita las manos para la actividad que está desarrollando, como por ejemplo en la conducción, la práctica de algunos deportes (náuticos, submarinismo, esquí), o en misiones de seguridad (militares, policía).

En otras ocasiones, por ejemplo en los sistemas de gestión por voz, la utilidad está condicionada a determinados entornos en los que no existan interferencias por el ruido ambiental o bien cuando por motivos de seguridad no es posible emplear la voz.

Además de lo anterior, los sistemas descritos plantean en ocasiones problemas de privacidad en entornos públicos en los que el usuario puede ser observado por terceros en condiciones que no la garanticen completamente, por ejemplo en cajeros automáticos o durante el desarrollo de reuniones, actos y celebraciones.

Por último, las personas con discapacidades físicas que limitan o imposibilitan el empleo de sus manos se beneficiarían de un dispositivo de gestión como el propuesto, en el ámbito domótico y otros.

Para solucionar los problemas descritos se ha planteado teóricamente la utilización de señales fisiológicas modificadas voluntariamente por el usuario. Así el campo de la Computación Fisiológica ha investigado el uso de distintas señales fisiológicas como posibles entradas, por ejemplo, a un ordenador personal, entre las que destacan las señales electro-oculográficas, las electroencefalográficas y las electromiográficas.

El electro-oculograma (EOG) mide la diferencia de potencial entre la córnea y la retina del ojo, circunstancia que permite registrar la velocidad y dirección del movimiento ocular por medio de electrodos colocados sobre la piel en la vecindad del ojo. El electrodo más próximo a la córnea registrará un potencial positivo, y el más cercano a la retina, uno negativo. Al mover los ojos, la posición de córnea y retina cambian respecto al electrodo, lo que da lugar a un cambió de potencial. La señal EOG puede ser utilizada por personas con un alto grado de discapacidad; sin embargo, los sistemas basados en EOG son comparativamente caros, requieren gran atención y esfuerzo para controlar el cursor apropiado, y su calibración y aprendizaje son complejos.

La electroencefalografía (EEG) mide la actividad bioeléctrica cerebral, y su uso como interfaz depende de la habilidad de cada usuario para aprender a controlarla. Los ritmos fisiológicos del EEG en adultos sanos en vigilia son el alfa (8-13 Hz) y el beta (por encima de 13 Hz), aunque también pueden existir actividades theta (4-7 Hz). Estos ritmos tienen diferente distribución topográfica, son reactivos a determinados estímulos y se relacionan con diferentes estados de alerta. A través de un entrenamiento adecuado, es posible generar patrones EEG que pueden ser utilizados, por ejemplo, para controlar los movimientos de un cursor o seleccionar letras o palabras en el monitor de un ordenador. Los principales inconvenientes de la señal EEG como interfaz son su limitación en el ancho de banda y su resolución espacial, además de fallos de detección, contaminación por electromiografía y el efecto de variables psicológicas. En general, la capacidad de modular la frecuencia de la actividad bioeléctrica cerebral requiere un gran entrenamiento, por ejemplo, personas con práctica en meditación.

La electromiografía (EMG) se basa en la medición de la actividad bioeléctrica asociada a la contracción muscular voluntaria. Una de las ventajas de esta señal es su relativa inmunidad a las interferencias proveniente de otras señales fisiológicas, en comparación con las señales de EOG y EEG. La señal EMG puede utilizarse de distintos modos para controlar un sistema, por ejemplo, de modo semejante al de un interruptor (sistema ON/OFF) activando-desactivando una determinada acción con una contracción muscular voluntaria. Otra posibilidad teórica sería el uso de las diversas magnitudes estimadas de la EMG, lo que permitiría un control de tipo proporcional. Finalmente, es factible definir un código de impulsos para poder realizar distintas acciones con un mismo músculo. Esta última estrategia ha sido utilizada, por ejemplo, en el control de prótesis bioeléctricas, y se basa en un código de 3 bits (señal de amplitud alta, de amplitud baja y ausencia de contracción) sin que un código dado pueda comenzar con "ausencia de contracción", lo que permite un máximo de 18 órdenes. hbox{Este sistema no define un lenguaje a partir de la estructura de la señal registrada.}

En el estado de la técnica son conocidos sistemas que emplean este tipo de señales fisiológicas como entrada a un ordenador, entre los que se encuentra un producto comercial denominado Cyberlink - Brainfingers. Se trata de un sistema de hardware (Cyberlink) y software (Brainfingers) que permite. controlar un ordenador (ratón/cursor, teclado/teclas) sin emplear las manos. Utiliza tres tipos de señales neurofisiológicas: EEG, EOG y EMG. Consta de cuatro elementos; banda cefálica, con tres sensores de plástico para cada una de las tres señales, caja de interfaz (filtro, amplificador, conversor A/D) con puerto USB para conectar al ordenador, cables, y software que se debe instalar en el ordenador del usuario. El sistema recoge los tres tipos de señal y los distribuye en 11 canales de información llamados "brainfingers" ("dedos cerebrales"). Además de esos 11 canales, Brainfingers combina la señal de los canales EEG y EMG en un único canal llamado BrainBody, que también sirve para ayudar al usuario a modificar su actividad EEG mediante realimentación de su actividad EMG (al disminuir el grado de contracción muscular, aprende a relajarse y facilita la aparición del ritmo alfa). En usuarios con movilidad facial limitada se puede formatear el software para que EOG o BrainBody sustituyan la entrada EMG.

En este sistema el equivalente a un clic del ratón es una contracción breve, y el doble clic son dos contracciones. Una contracción mantenida (llamada "clic largo") activa el interruptor de velocidad del cursor, que cambia desde "alta velocidad y baja resolución" a "baja velocidad y alta resolución", para poder hacer clic con mayor facilidad sobre iconos o dianas pequeñas en la pantalla del ordenador. El sistema reconoce hasta cuatro tipos de clics en función de su duración (0.3, 0.6, 0.9 y 1.2 mseg).

Este sistema está explícitamente dirigido a personas con discapacidad motora grave de origen neurológico: parálisis cerebral, esclerosis lateral amiotrófica, distrofia muscular, esclerosis múltiple, lesionados medulares y pacientes con secuelas de traumatismo cráneo-encefálico.

Brainfingers presenta las siguientes limitaciones:

1. Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas, caracterizado por comprender:

una interfaz (1) constituida por al menos un electrodo de captura de la señal electromiográfica con medios para la codificación e interpretación de las señales electromiográficas en base, al menos, a su duración, amplitud e intervalo, y un auricular/micrófono

un módulo nexo (2), cuya entrada está conectada a la interfaz (1), y cuya salida es un transmisor/receptor inalámbrico

un controlador (3), constituido por medios para controlar y gestionar los dispositivos que constituyen el entorno de inteligencia ambiental, cuya entrada está conectada de forma inalámbrica a la salida del modulo nexo (2).

2. Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los medios para la interpretación de las señales electromiográficas discriminan al menos dos niveles de duración y al menos dos niveles de amplitud de las mismas.

3. Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la interfaz (1) comprende un dispositivo microproyector capaz de proyectar mensajes visuales (textos, iconos o gráficos) sobre unas lentes acopladas al sistema.

4. Sistema para la gestión remota en entornos de inteligencia ambiental mediante señales electromiográficas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para controlar y gestionar los dispositivos que constituyen el entorno de inteligencia ambiental están constituidos por PLCs, actuadores y sistemas de telecomunicación.