Concepção e avaliação de vidros inteligentes para a ingestão de alimentos e a classificação de atividade física

O objetivo geral deste procedimento é projetar e fabricar um dispositivo vestível do tipo óculos que detecte os padrões de atividades do músculo temporal durante a ingestão de alimentos e outras atividades físicas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo do monitoramento de comportamentos ingeríveis, como a detecção da ingestão de alimentos durante uma refeição. A principal vantagem dessa técnica é que os padrões de atividade do músculo temporal durante a ingestão de alimentos podem ser detectados de forma automática e objetiva usando um par de óculos.

O procedimento de fabricação será demonstrado por Wonjoon Oh, engenheiro mecânico de nossa empresa. O procedimento de coleta de dados será feito por Hak Yung Gu, que também está em nossa empresa. A chave para o experimento são os módulos de circuito que devem ser fabricados.

Existem dois. Um para as têmporas esquerda e direita em um par de óculos. O módulo esquerdo contém uma célula de carga, conector, amplificador de instrumentação, regulador de tensão e conector de bateria.

O módulo direito possui um microcontrolador com WiFi, conector UART, multiplexador, amplificador, conector e célula de carga. Além dos circuitos, as armações dos óculos devem ser fabricadas. As molduras devem ser capazes de suportar os módulos da placa de circuito impresso.

Para criar as armações, use uma ferramenta de modelagem 3D para desenhar um modelo do capacete dos óculos e suas duas peças de haste. Exporte o desenho para arquivos de litografia estéreo do CAD para impressão 3D. Ao imprimir as peças da moldura, use um filamento de carbono com uma temperatura de bico de 250 graus Celsius e uma temperatura de leito de 80 graus Celsius.

Após a impressão, trabalhe para dobrar as têmporas para dentro. Use um soprador de ar quente ajustado a 180 graus Celsius para aquecer uma peça. Depois de aquecido, dobre a têmpora para dentro cerca de 15 graus.

Dobre cada peça do templo para dentro antes de continuar. Reúna todas as peças para montar os copos. Isso inclui placas de circuito impresso esquerda e direita, hastes esquerda e direita e um capacete.

Comece com os componentes corretos do templo. Insira a placa de circuito direita na têmpora direita. Prenda-o no lugar com um parafuso.

Prenda a placa de circuito esquerda e a têmpora esquerda da mesma maneira. Em seguida, prenda o capacete e uma das hastes na junta da dobradiça apropriada e prenda-o com um parafuso. Continue prendendo a outra têmpora ao capacete.

Quando terminar, conecte os circuitos esquerdo e direito usando fios de conexão de 3 pinos. Para este projeto, conecte uma bateria ao circuito esquerdo. Prenda-o com fita adesiva.

Complete os óculos aplicando fita de borracha na ponta e nas almofadas do nariz para aumentar o atrito para o usuário. Neste ponto, prepare-se para a aquisição de dados. Em um computador, execute o projeto GlasSense_Server e conecte o módulo de circuito do quadro via USB.

Atualize o software GlasSense_Server no microcontrolador. Este projeto usa um smartphone para receber os dados. Execute o software GlasSense_Client no computador e conecte o smartphone por meio de um conector USB.

Construa o aplicativo de recebimento de dados no smartphone. Para o estudo, identifique um sujeito e selecione óculos de tamanho adequado. Peça ao sujeito que experimente os óculos.

Se necessário, use os parafusos de suporte na estrutura para ajustar o ajuste. O próximo passo é fazer com que o sujeito colete dados para diferentes atividades. Para a atividade de descanso sedentário, peça ao sujeito que se sente em uma cadeira para ler com os óculos.

Registre a atividade usando o aplicativo do smartphone por 120 segundos. Permita o movimento da cabeça, mas evite o movimento de todo o corpo. Após 120 segundos, pare a gravação e tire os óculos para uma pausa de 60 segundos.

Repita a gravação de dados e faça uma pausa quatro vezes. Siga um procedimento semelhante para a atividade de caminhada, fazendo com que o sujeito fique em pé na esteira e use os óculos. Inicie a esteira a 4,5 km por hora e faça com que o sujeito registre por 120 segundos.

Quando terminar, faça uma pausa de 60 segundos sem os óculos. Há também mastigação sedentária e mastigação durante atividades de caminhada. Para estes prepare pão torrado em quadrados de 20x20 mm e tenha geleias de mascar prontas.

Providencie para que o sujeito se sente ou fique na esteira, conforme apropriado, com a comida por perto. Enquanto estiver usando os óculos, inicie a atividade e o registro de dados. Faça com que o sujeito coma pão enquanto mastiga normalmente.

Após 120 segundos, faça uma pausa de 60 segundos sem os óculos. Em seguida, execute uma atividade de fala sedentária. Para isso, colete dados enquanto o sujeito se senta e lê um livro em voz alta em tom e velocidade normais.

Na atividade de piscadela sedentária, providencie para que o sujeito pisque em resposta a uma campainha programada para tocar a cada três segundos. Esses dados são de um sujeito realizando cada atividade. O eixo horizontal é o tempo em segundos.

Cada eixo vertical é a força medida após a mediana das dez medições ser subtraída. As curvas azuis são para o lado esquerdo e as curvas vermelhas são para o lado direito do rosto. Como era de se esperar, as amplitudes máximas das atividades de mastigação são grandes quando comparadas às atividades de repouso sedentário, fala sedentária e caminhada.

Dados desse tipo são transformados em entrada para uma técnica de classificação de aprendizado de máquina. Após cada desenvolvimento, essa técnica pode ser potencialmente útil para o monitoramento automático e objetivo de comportamentos ingeríveis com maior precisão como um meio prático de tratar problemas ingestíveis.