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Heart and respiration in-car embedded nonintrusive sensors
Detectores de fatiga integrados en vehículo
basados en textiles inteligentes:
proyecto HARKEN
II Jornada de desarrollo tecnológico aplicado a la Seguridad Vial
The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n°: 286265
Antecedentes
En 2008 hubo 1,2 millones de accidentes de tráfico en la UE,
lo que provocó 1,5 millones de heridos y 38.000 muertes.
La fatiga en la conducción provoca entre el 20 y el 35% de los
accidentes graves. La proyección de estas cifras indica que
puede haber cerca de 7,000 mueres anuales debido a los
accidentes provocados por la fatiga en la UE.
De acuerdo con el documento SafetyNet: Fatigue, las
contramedidas para evitar la fatiga al volante pueden ir
dirigidas a conductores, a compañías de transporte, a
gestores y constructores de carreteras y a los fabricantes de
vehículos.
Antecedentes
Los conductores pueden aprender a prevenir la fatiga gracias
las campañas.
Las compañías de transporte pueden introducir políticas
especiales para educar a conductores y gestores sobre el
problema.
Las carreteras pueden ir equipadas con bandas sonoras que
proveen al conductor de información audio-háptica al ser
cruzadas.
En el futuro, la legislación concerniente a las horas de
trabajo y descanso puede ser mejorada.
Los vehículos pueden ser equipados con dispositivos que
detecten la reducción en la calidad de la conducción ligada a
la fatiga.
Sistemas embarcados de detección de fatiga
Las medidas embarcadas en vehículo son especialmente
interesantes en tanto que son las más directas.
Estos sistemas necesitan, como información de entrada, el
estado del conductor, que puede ser obtenido por los
componentes de interior del vehículo que estén en
contacto con el mismo.
Existen múltiples aproximaciones para monitorizar el estado
del conductor, basadas, gran parte de ellas, en evidencias
médicas sobre estudios de sueño que se apoyan en
medidas psico-fisiológicas.
Sistemas validados pero intrusivos y complejos.
Aproximaciones indirectas:
Variables de la conducción
Reconocimiento facial
Variables fisiológicas a través de la piel
Otras variables fisiológicas periféricas
2010 Mercedes Benz E- Class
“Attention Assist”
Posición del volante, desviación del
carril, presión en el pedal, distancia
entre vehículos
+ Fáciles de obtener a través del CAN
- Pueden subestimar la pérdida de
habilidades para responder a
riesgos repentinos
Fuente: Efficient Car Alarming System for Fatigue Detection during Driving
Muhammad Fahad Khan and Farhan Aadil
International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol. 3, No. 4,
August 2012
Detección de elementos faciales y sus
cambios, sobre todo porcentaje de ojo
cerrado (PERCLOS)
+ Buen indicador de somnolencia
-Limitaciones de uso (iluminación,
tipo de conductor)
Variables fisiológicas (sudoración de la
piel, temperatura corporal)
+ Validez desde el punto de vista
médico y capacidad de anticipación
-Limitaciones de uso (zonas en
contacto directo con la piel)
Otras variables fisiológicas
+ Mismas ventajas que las
anteriores y mayor robustez
- Necesidad
tecnológico
de
desarrollo
Proyecto HARKEN
HARKEN es un proyecto financiado por la UE en el 7º programa
marco (FP7/2007-2013)
Objetivo
Desarrollo de un sistema de sensores no invasivos, integrados en la
funda del asiento y en el cinturón de seguridad, capaces de medir la
respiración y ritmo cardíaco del conductor
Consorcio
Borgstena coordina el proyecto y la integración del producto final, es un
proveedor de textiles de la industrial del automóvil
Sensing Tex fabrica sensores textiles (Tecnología Textronics)
ALATEX Narrow Webbings produce cinturones para distintos sectores, tanto
elásticos como rígidos
PLUX Wireless Biosignals está enfocada al desarrollo y estado del arte sensores
y sistemas de adquisición de datos wireless para investigación
Fico Mirrors S.A. participa como end User, y es el road to market del
producto integrado
IBV provee su experiencia en la monitorización de la actividad fisológica de
conductores así como sus recursos experimentales para realizar pruebas con
usuarios reales
UMAN's School of Materials ha realizado la investigación relacionada con la
caracterización y ensayo de materiales
EII ha diseñado la Unidad Central de Proceso (SPU) y el interfaz de usuario,
construyendo el prototipo e integrando los sensores
Rol de los socios
ELECTRÓNICA
INTEGRACIÓN Y VALIDACIÓN
RTD
MATERIALES
TECNOLOGÍA
PYMEs
COORDINADOR
ASIENTO
ASIENTO
SENSORIZADO
SISTEMA
INTEGRADO
CINTURÓN
CINTURÓN
SENSORIZADO
MERCADO
Concepto
Estructura del proyecto
WP1
Definición de variables
WP3
Procesado de señal
WP2
Materiales sensores
WP4
Textiles del asiento
WP5
Cinturón de seguridad
WP6
Unidad de procesado
WP7
Integración
WP8
Estudios de campo
WP1. Definición de variables
Obtención de señales de referencia ECG y respiración
Efecto de las vibraciones y del movimiento
Elementos y componentes de hardware
Diseño de los front ends
Especificaciones del prototipo
Requisitos del sistema final
Condiciones de seguridad del cinturón
WP2. Materiales sensores
Análisis de los sensores existentes a nivel macro- y
microscópico
Diseño experimental modificando composiciones químicas y
características físicas (espesor, capas intermedias) de los
sensores
Ensayos en máquina y con sujetos reales para determinar la
combinación óptima de las soluciones ensayadas
Análisis de sensibilidad y fiabilidad
WP3. Procesado de señal
Desarrollo de los algoritmos de procesado de señal
Desarrollo de los filtros adaptativos , eliminación de la
deriva y eliminación de artefactos
Filtrados de la señal cardíaca y respiratoria
Desarrollo de ensayos de validación
Validación de los algoritmos a través de la medida de la
fiabilidad, comparando los resultados de los sensores con
medidas fisiológicas directas
WP4. Textiles del asiento
Desarrollo de una familia de prototipos de fundas textiles
con sensores integrados
Pruebas de resistencia y montabilidad
Diseño y fabricación del textil del asiento con los sensores
integrados en modo prototipo
Ensayos de los prototipos para comprobar la fiabilidad y
robustez del sistema
Análisis con usuarios de las distintas configuraciones
WP5. Cinturón de seguridad
Diseño y fabricación de prototipo de cinturón
Integración de los sensores en el cinturón
Medición y análisis de la configuración del cinturón de
seguridad en condiciones de uso normales
Comparación de los resultados con señales biomédicas
Análisis del efecto de la antropometría en la ubicación de
los sensores de respiración y ritmo cardíaco
WP6. Unidad de procesado
Diseño y fabricación de la unidad de procesado
Las partes del sistema se simularon en primera instancia y
posteriormente se fabricaron en modo prototipo y como
producto acabado
En la fase de integración de software, se enviaron datos
brutos a un PC para el post procesado y, posteriormente se
ajustaron los algoritmos para ser programados en la SPU
WP7 y 8. Integración y
estudio de campo
Integración del sistema para comprobar el funcionamiento
de los sensores y la electrónica en simulador y en entorno
real.
Desarrollo de dos prototipos funcionales, instalación en un
simulador de conducción ara validar el sistema
Instalación en vehículo real para estudio de campo en pista
cerrada
Conclusiones y siguientes pasos
En HARKEN se han desarrollado un prototipo de asiento y
cinturón completamente funcionales que captan la presión
provocada por la respiración y el latido del corazón
El sistema es capaz de detectar el ritmo respiratorio y
cardíaco y separar ambas señales
El sistema HARKEN posee precisión suficiente como para
diferenciar los picos R-R de la señal cardíaca, cuya distancia
es indicador del estado de sueño
HARKEN obtiene la respiración abdominal y torácica y
diferencia cambios en el patrón respiratorio
Conclusiones y siguientes pasos
Actualmente, las empresas miembros del consorcio están
patentando la tecnología desarrollada
El prototipo posee un coste acotado, dentro de los rangos
de los proveedores del sector automoción
Se prevé que las empresas modifiquen sus procesos
productivos para pasar de prototipo a producto serie
Las empresas se encuentran en contacto con TIER 1 y OEMs
para adaptar el producto desarrollado a las
especificaciones de los fabricantes de vehículos
http://harken.ibv.org/
The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013)
under grant agreement n°: 286265

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