Progettazione e valutazione di vetri per ingestione di cibo e la classificazione di attività fisica

L'obiettivo generale di questa procedura è progettare e produrre un dispositivo indossabile di tipo occhiali che rilevi i modelli di attività muscolari temporali durante l'assunzione di cibo e altre attività fisiche. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del monitoraggio dei comportamenti ingeribili come il rilevamento dell'assunzione di cibo durante un pasto. Il vantaggio principale di questa tecnica è che i modelli di attività muscolare temporale durante l'assunzione di cibo possono essere rilevati automaticamente e oggettivamente utilizzando un paio di occhiali.

La procedura di produzione sarà dimostrata da Wonjoon Oh, un ingegnere meccanico della nostra azienda. La procedura di raccolta dei dati sarà eseguita da Hak Yung Gu, che è anche presso la nostra azienda. La chiave dell'esperimento sono i moduli del circuito che devono essere prodotti.

Ce ne sono due. Uno per le tempie sinistra e destra in un paio di occhiali. Il modulo sinistro contiene una cella di carico, un connettore, un amplificatore per strumentazione, un regolatore di tensione e un connettore per la batteria.

Il modulo destro ha un microcontrollore con WiFi, connettore UART, multiplexer, amplificatore, connettore e cella di carico. Oltre ai circuiti, devono essere fabbricate montature per occhiali. I telai devono essere in grado di supportare i moduli del circuito stampato.

Per creare le montature, usa uno strumento di modellazione 3D per disegnare un modello del copricapo degli occhiali e dei suoi due pezzi di aste. Esporta il disegno nei file di litografia stereo CAD per la stampa 3D. Per la stampa delle parti del telaio, utilizzare un filamento di carbonio con una temperatura dell'ugello di 250 gradi Celsius e una temperatura del letto di 80 gradi Celsius.

Dopo la stampa, lavorare per piegare le aste verso l'interno. Utilizzare un soffiatore d'aria calda impostato a 180 gradi Celsius per riscaldare un pezzo. Una volta riscaldato, piegare la tempia verso l'interno di circa 15 gradi.

Piega ogni pezzo di tempio verso l'interno prima di continuare. Raccogli tutti i pezzi per assemblare i bicchieri. Questi includono circuiti stampati sinistro e destro, aste sinistra e destra e un copricapo.

Inizia con i componenti giusti delle tempie. Inserire il circuito stampato destro nell'asta destra. Fissarlo in posizione con un bullone.

Fissare il circuito stampato sinistro e l'asta sinistra allo stesso modo. Quindi, fissare il copricapo e una delle aste all'apposito giunto della cerniera e fissarlo con un bullone. Continua attaccando l'altra asta al copricapo.

Al termine, collegare i circuiti sinistro e destro utilizzando cavi di collegamento a 3 pin. Per questo design, collegare una batteria al circuito sinistro. Fissalo con del nastro adesivo.

Completa l'occhiale applicando del nastro di gomma sulla punta e sui naselli per aumentare l'attrito per chi lo indossa. A questo punto, prepararsi per l'acquisizione dei dati. Su un computer, eseguire il progetto GlasSense_Server e collegare il modulo del circuito del telaio tramite USB.

Esegui il flashing del software GlasSense_Server nel microcontrollore. Questo progetto utilizza uno smartphone per ricevere i dati. Esegui il software GlasSense_Client sul computer e collega lo smartphone tramite un connettore USB.

Costruisci l'applicazione di ricezione dati sullo smartphone. Per lo studio, identificare un soggetto e selezionare occhiali di dimensioni adeguate. Chiedi al soggetto di provare gli occhiali.

Se necessario, utilizzare i bulloni di supporto sul telaio per regolare con precisione l'adattamento. Il passo successivo consiste nel fare in modo che il soggetto raccolga dati per diverse attività. Per l'attività di riposo sedentario, chiedi al soggetto di sedersi su una sedia per leggere con gli occhiali.

Registra l'attività utilizzando l'applicazione per smartphone per 120 secondi. Consentire il movimento della testa ma evitare il movimento di tutto il corpo. Dopo 120 secondi, interrompere la registrazione e togliere gli occhiali per una pausa di 60 secondi.

Ripeti la registrazione dei dati e fai una pausa quattro volte. Segui una procedura simile per l'attività di camminata facendo salire il soggetto sul tapis roulant e indossando gli occhiali. Avvia il tapis roulant a 4,5 km all'ora e fai registrare al soggetto per 120 secondi.

Al termine, fai una pausa di 60 secondi senza gli occhiali. Ci sono anche attività di masticazione sedentaria e masticazione durante la camminata. Per questi preparate del pane tostato in quadrati di 20x20 mm e tenete pronte le gelatine da masticare.

Organizzare in modo che il soggetto si sieda o si trovi sul tapis roulant, a seconda dei casi, con il cibo nelle vicinanze. Mentre indossi gli occhiali, avvia l'attività e la registrazione dei dati. Chiedi al soggetto di mangiare il pane mentre mastica normalmente.

Dopo 120 secondi, fai una pausa di 60 secondi senza gli occhiali. Successivamente, esegui un'attività di conversazione sedentaria. A tal fine, raccogli i dati mentre il soggetto si siede e legge un libro ad alta voce con un tono e una velocità normali.

Nell'attività di ammiccamento sedentario, fare in modo che il soggetto faccia l'occhiolino in risposta a un campanello impostato per suonare ogni tre secondi. Questi dati provengono da un soggetto che svolge ciascuna attività. L'asse orizzontale è il tempo in secondi.

Ogni asse verticale è la forza misurata dopo aver sottratto la mediana delle dieci misurazioni. Le curve blu sono per il lato sinistro e le curve rosse sono per il lato destro del viso. Come ci si potrebbe aspettare, le ampiezze massime delle attività masticatorie sono grandi se confrontate con il riposo sedentario, il parlare sedentario e le attività di camminata.

I dati di questo tipo vengono trasformati in input per una tecnica di classificazione di machine learning. Dopo ogni sviluppo, questa tecnica può essere potenzialmente utile per il monitoraggio automatico e oggettivo dei comportamenti ingeribili con maggiore precisione come mezzo pratico per trattare i problemi di ingestione.