Optimización de la generación de energía impulsada por el ser humano mediante regresión de procesos gaussianos

Summary

Este protocolo optimiza los sistemas de generación eléctrica impulsados por humanos utilizando regresión de procesos gaussianos para lograr una eficiencia del 80%-90% manteniendo la seguridad fisiológica, proporcionando métodos reproducibles para convertir el ejercicio en producción energética sostenible, abordando tanto el desempleo como los desafíos de energías renovables.

Abstract

Este protocolo presenta un marco de optimización por Regresión de Procesos Gaussianas (GPR) para sistemas de generación eléctrica impulsados por el ser humano, con el fin de abordar simultáneamente el desempleo tecnológico y la demanda de energías renovables. Siete participantes realizaron 112 ensayos en 16 configuraciones combinando cuatro voltajes de batería (12 V, 24 V, 36 V, 48 V) con cuatro cargas eléctricas (10 W, 30 W, 50 W, 70 W) utilizando un generador de bicicleta fija modificado. El modelo GPR incorporaba núcleos exponenciales al cuadrado para la determinación automática de relevancia (ARD) para mapear la velocidad de pedaleo, la presión, el voltaje y los parámetros de carga en función de la eficiencia de generación, cuantificando la incertidumbre de la predicción. La adquisición de datos en tiempo real a 2 Hz capturaba parámetros mecánicos y eléctricos mediante sensores de efecto Hall, galgas extensiométricas y analizadores de potencia con protocolos de comunicación Modbus. El sistema optimizado alcanzó una eficiencia máxima teórica del 80%-90% con coeficientes de variación (CoV) inferiores al 15%, en comparación con una eficiencia del 60%-70% y una variabilidad del 25%-35% en los sistemas comerciales. Las predicciones GPR demostraron R² = 0,713 con una latencia inferior a 10 ms mediante técnicas de aproximación dispersa, permitiendo el control en tiempo real. Los parámetros operativos óptimos variaban sistemáticamente: las cargas bajas requerían entre 150 y 180 revoluciones por minuto (RPM) a 50-70 de presión N, mientras que las cargas más altas alcanzaban su máximo entre 100 y 120 RPM con 100-150 de presión N. La configuración de 48 V mejoró la eficiencia en un 68% respecto a la línea base de 12 V (medida como índice de eficiencia relativo, REI, normalizado a la línea base = 100%). El seguimiento específico por fase identificó el inicio de la fatiga entre 35 y 40 minutos, lo que desencadenó ajustes de control conscientes del riesgo basados en la incertidumbre posterior. El protocolo establece métodos cuantitativos para equilibrar la generación de energía con las restricciones fisiológicas, proporcionando un marco reproducible para desplegar sistemas propulsados por humanos en instalaciones de fitness donde el punto de equilibrio se produce a un precio eléctrico de 0,18 $/kWh.

Introduction

La convergencia de la automatización impulsada por inteligencia artificial y el cambio climático presenta desafíos sin precedentes que requieren soluciones innovadoras que aborden tanto el desempleo tecnológico como las transiciones energéticas sostenibles. Los análisis empíricos proyectan 85 millones de desplazamientos de empleo para 2025, con ocupaciones informáticas y matemáticas experimentando aumentos de desempleo de 2,8 puntos^{porcentuales 1}. Simultáneamente, las concentraciones atmosféricas de CO₂ alcanzaron 426,9 ppm en febrero^de 2025, lo que ha requerido una expansión urgente de ....

Protocol

Este estudio consistió en pruebas de ejercicio no invasivas con bicicleta estática y representó un riesgo mínimo para los participantes. Todos los participantes eran voluntarios adultos sanos que proporcionaron consentimiento verbal informado tras recibir información detallada sobre los procedimientos experimentales, su derecho a retirarse en cualquier momento y la confidencialidad de los datos. Los procedimientos seguían los principios éticos de la Declaración de Helsinki para la investigación que involucraba a sujetos humanos.

1. Ensamblaje del HPEG

1. Ensamblaje de estructuras mecánicas
   NOTA:....

Results

La eficiencia se refiere a la eficiencia de conversión termodinámica (0-100%). REI se refiere al índice de eficiencia relativa, calculado como (observado/línea base) x 100%, que puede superar el 100%. Para comparar entornos heterogéneos, se utiliza un Índice de Eficiencia Relativa, que se calcula dividiendo la eficiencia observada entre una configuración de línea base fija (12 V-70 W), medida bajo la misma canalización. Así, REI = 110% denota una ganancia del 10% respecto a la línea base.......

Discussion

La implementación exitosa de la optimización basada en GPR para sistemas HPEG depende críticamente de la precisión de acoplamiento mecánico y la eficiencia^{computacional 28}. La configuración solo de llanta resultó esencial, ya que los conjuntos completos de ruedas degradaban la eficiencia de seguimiento entre un 35% y un 45% debido a variaciones de inercia^{rotacional 27}. La calibración de la tensión de la correa a 350 ± 50N surgió, ya que des.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Módulo de enchufe de CA (GB/T de China, tipo cuadro)	10/16 A, casete embebido, persianas de protección infantil	Enchufe de corriente de sobremesa de cinco orificios (negro) y nbsp;	Wanyu
Correa en V de poliuretano ajustable	Cinturón de PU tipo ABCZM con articulaciones	ABCZM correa en V universal de poliuretano articulado (con/sin montantes) / y mdash;
Llave ajustable	Escala láser de 6 pulgadas	Llave ajustable de 6 pulgadas de mandula abierta, mango pulido 250006 y nbsp;	Ruineng
Alternador, imán permanente trifásico	300 W, 24 V (según la lista)	300– Alternador de imanes permanentes de corriente alterna trifásica de 400 W, 300 W 24 V	Jiunian
Paquete de baterías, central eléctrica portátil	Unidad portátil de gran capacidad de 2400 W	Central eléctrica portátil de respaldo de 2400 W, almacenamiento solar multifunción / etc.
Cadena de bicicleta	1/2" y horarios; 1/8", resistencia a la tracción de 920 kgf, límite de elongación del 0,5%	KMC X101
Ordenador de bicicleta (inalámbrico)	Impermeable, retroiluminación nocturna, velocidad/odómetro	Ordenador de bicicleta inalámbrico de pantalla grande, impermeable, retroiluminación / —
Rodillo de bicicletas (rodillo magnético, plegable)	Resistencia magnética, volante ventilado, perillas de doble bloqueo	Rodillo de resistencia magnética, plegable / & mdash;
Bicicleta, carretera (700°C)	Llantas 700C, engranajadas	700C Aero Road Bike, de varias velocidades y nbsp;	Para siempre, Yongjiu
Controlador de carga, MPPT (12/24 V)	Auto 12/24 V, 20 A (según la lista)	Controlador de carga solar MPPT 12/24 V 20 A	Lansheng
Sensor de corriente, efecto Hall	± 100A, 20mV/A y plusmn; 0,5%, BW=120kHz	ACS758LCB-100B
Diodo (bloqueo) y mdash; verificar dispositivo exacto	Mezclas de listado: diodo Schottky / TRIAC bidireccional / IXFN132N50P3	IXFN132N50P3 (listando las reclamaciones de diodo Schottky y TRIAC bidireccional) / & mdash;
Diodo, recuperación ultrarrápida	200V V_RRM, 30A I_F(AV), < 35 ns t_rr	RHRG30120
Cinta aislante (PVC)	Balanceo de 9 m	Cinta aislante ET6 9 m	Toro
Carga electrónica, programable	200W continuo, 0--500V, 0--120A	BK Precision 8500
Microcontrolador, 32 bits	ARM Cortex-M4, 72MHz, 12 bits ADC@5MSPS	STM32F334C8T6
MOSFET, canal P	RDS(on)< 10mΩ, 200V, -12A	IRFP9240
Multímetro, digital	Retroiluminado, protegido contra sobrecarga	Multímetro digital DEM23, retroiluminado, antiquemaduras y nbsp;	Delixi
Multímetro, precisión	6,5 dígitos, 0,0035% de precisión DCV	Fluke 8845A	Suerte
Amplificador operacional, cuádruple	Rail-to-rail, Vos< GBW 2mV, 1MHz	MCP6004
Generador de imanes permanentes	24V/300W, imanes NdFeB N42 de 12 polos,	YC-FD300
Interruptor automático resetable (push-to-reset)	3– Serie 50 A (según la lista)	Interruptor de reinicio térmico serie 88/98/AR 3– 50 A	Kuoyuh
Juego de destornilladores (Phillips/plano)	6 y veces; 100 mm, puntas magnéticas, de 2 piezas	Set de destornilladores planos magnéticos 6 x 100 mm (2 piezas) y nbsp;	Phillips
Software, lenguaje de programación	Versión 3.8, con marco GUI		Python
Bloque de terminales, de una sola posición (DIN/panel)	IN-100BK, clase 130 A (según la lista)	Bloque terminal DIN de raíles IN-100BK, posición única y nbsp;	WeilianDun
Bloque de terminales, de una sola posición (DIN/panel)	IN-411S, 60 clase A (según la lista)	Bloque terminal DIN de raíles IN-411S, posición única	WeilianDun
Palancas de neumáticos (par)	12 pulgadas (30 cm), 2 piezas	Palancas de neumáticos de 12 pulgadas (par)	Chengzhou
Diodo TVS	Clampaje a 135V, pico de 1500W, < Respuesta 1ps	1.5KE100A
Conectores de alambre, desconexión rápida de crimpadura (bullet)	1.5– 2,5 mm², nylon, azul, 100 juegos	Conectores de cable de desconexión rápida bullet, azul (100 juegos) y nbsp;	Gotoele
Decapador/crimador de cables	De 7 pulgadas, multifunción	Decapadilla multifunción de 7 pulgadas DL902200	De charcutería
Arma, silicona (12 AWG &asint; 3,4 mm ²)	Aislamiento de silicona a alta temperatura, 1 m	Alambre de silicona 12 AWG (&asínpico; 3,4 mm²) 1 m	Lanjiang