Desenvolvimento de um Sistema Wearable
para a Monitoriza¸c˜
ao da Taxa de Alcoolemia
Por
Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes
Orientador: Doutor Lio Fidalgo Gon¸calves
Co-orientador: Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no Regulamento Geral dos Ciclos de Estudo Conducentes ao Grau de Mestre na UTAD
DR, 2.a
s´erie – N.o
133 – Regulamento n.o
Desenvolvimento de um Sistema Wearable
para a Monitoriza¸c˜
ao da Taxa de Alcoolemia
Por
Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes
Orientador: Doutor Lio Fidalgo Gon¸calves
Co-orientador: Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no Regulamento Geral dos Ciclos de Estudo Conducentes ao Grau de Mestre na UTAD
DR, 2.a
s´erie – N.o
133 – Regulamento n.o
Orienta¸c˜ao Cient´ıfica :
Doutor Lio Fidalgo Gon¸calves
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias
Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Professor Associado c/ Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias
Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
”The highest reward for man’s toil is not what he gets for it, but what he becomes by it. |
A maior recompensa pelo trabalho ´arduo do Homem n˜ao ´e o que ele recebe por isso, mas o que ele se torna atrav´es disso.”
John Ruskin (1819 – 1900)
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores
Os membros do J´uri recomendam `a Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro a aceita¸c˜ao da disserta¸c˜ao intitulada “Desenvolvimento de um Sistema Wearable para a Monitoriza¸c˜ao da Taxa de Alcoolemia” realizada por Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes para satisfa¸c˜ao parcial dos requisitos do grau de Mestre.
Dezembro 2016
Presidente: Doutor Jo˜ao Agostinho Batista de Lacerda Pav˜ao,
Direc¸c˜ao do Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de
Computadores do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Vogais do J´uri: Jos´e Carlos Meireles Monteiro Metrˆolho,
Professor Adjunto da Escola Superior de Tecnologia do Instituto Polit´ecnico de Castelo Branco
Doutor Lio Fidalgo Gon¸calves,
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos,
Professor Associado c/ Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Desenvolvimento de um Sistema Wearable
para a Monitoriza¸c˜ao da Taxa de Alcoolemia
Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes
Submetido na Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro para o preenchimento dos requisitos parciais para obten¸c˜ao do grau de
Mestre em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores
Resumo — Os avan¸cos e inova¸c˜oes tecnol´ogicas fornecem novas e melhores formas de integrar as funcionalidades e benef´ıcios dos dispositivos eletr´onicos na vida do ser humano no sentido de complementar muitos aspetos e atividades que est˜ao presentes no seu dia-a-dia. Um enorme contributo para este facto s˜ao as tecnologias wearable. Com o r´apido desenvolvimento tecnol´ogico que todos os dias presenciamos, os wearables s˜ao capazes de diminuir progressivamente a distˆancia que separa o Homem da tecnologia, muito devido `a sua f´acil integra¸c˜ao em diferentes ´areas que beneficiam da sua conveniˆencia, conforto e utilidade.
Um ´otimo exemplo s˜ao os alcool´ımetros wearable. A oportunidade de aferir a taxa de alcoolemia a qualquer hora com a conveniˆencia de um dispositivo wearable ´e n˜ao s´o ´util como de extrema importˆancia, trazendo grandes progressos na preven¸c˜ao de acidentes rodovi´arios.
A presente disserta¸c˜ao descreve a implementa¸c˜ao de um alcool´ımetro smartwatch wearable complementado por uma aplica¸c˜ao m´ovel que possibilita a r´apida e f´acil estimativa da taxa de alcoolemia por analogia `a quantidade de ´alcool detetado na respira¸c˜ao. O sistema final mostrou resultados bastante consistentes e proporcionais, cuja precis˜ao foi confirmada atrav´es da sua compara¸c˜ao com o aparelho atualmente utilizado pelo comando da Pol´ıcia de Seguran¸ca P´ublica de Vila Real.
Palavras Chave: Wearables, smartwatch, alcool´ımetro, sensores, aplica¸c˜oes m´oveis.
Development of a Wearable System
for Monitoring Blood Alcohol Concentration Rate
Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes
Submitted to the University of Tr´as-os-Montes and Alto Douro in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Electrical Engineering and Computers
Abstract — Advances and technological innovations provide new and better ways to integrate the features and benefits of electronic devices in human life in order to complement many aspects and activities. Wearable technology represents a major contribution to this fact.
With the fast technological development that we witness everyday, wearables can increasingly reduce the distance between mankind and technology, manly due to their easy integration in different areas that benefit from their convenience, comfort and utility.
A great example are the wearable breathalysers. The opportunity to test the alcohol level at any time with the convenience of a wearable device is not only useful but also extremely important, bringing great progress in preventing traffic accidents. This thesis describes the implementation of a wearable breath analyzer inside a smartwatch that uses a mobile application that enables quick and easy estimation of alcohol rate by analogy with the level of alcohol detected in the breath. The final system showed consistent and proportional results, whose accuracy was confirmed by comparison with the system currently used by the Public Security Police of Vila Real.
Key Words: Wearables, smartwatch, breath tester, sensors, mobile applications.
Agradecimentos
Dirijo-me a todas as pessoas que dedicaram tempo das suas vidas para me auxiliar ao longo desta etapa final, bem como ao longo do meu crescimento e forma¸c˜ao. ´E com todo o gosto que dedico esta sec¸c˜ao da disserta¸c˜ao `a demonstra¸c˜ao do meu reconhecimento do valor de todas estas pessoas para que a conclus˜ao desta etapa tenha sido poss´ıvel.
Ao Professor Doutor Lio Fidalgo Gon¸calves, Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro e meu orientador de trabalho, tenho a agradecer a sua disponibilidade e assistˆencia nas v´arias fases de trabalho, ideias criativas, aconselhamento, encorajamento, sincera amizade e orienta¸c˜ao. Agrade¸co a confian¸ca que depositou nas minhas capacidades desde o in´ıcio.
O Professor Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos, Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro e meu co-orientador de trabalho, agrade¸co as palavras s´abias e experientes, novas t´ecnicas de trabalho a que me introduziu, sincera amizade, simpatia e total disponibilidade para me ajudar sempre que necessitei.
e ao Andr´e a enorme ajuda que proporcionaram na fase final do meu trabalho. Aos agentes da Pol´ıcia de Seguran¸ca P´ublica de Vila Real agrade¸co a disponibilidade e aprova¸c˜ao da minha presen¸ca nas suas instala¸c˜oes onde executei os testes finais do meu projeto. A enorme simpatia e colabora¸c˜ao destes senhores representou um enorme contributo para a valida¸c˜ao do meu trabalho.
Aos meus pais, um especial e sincero obrigado pelos sacrif´ıcios e esfor¸cos que fizeram para que eu pudesse ter uma forma¸c˜ao acad´emica. Por tudo o que abdicaram por mim. Sem eles n˜ao estaria onde me encontro hoje.
Aos meus irm˜aos, um enorme obrigado pelo exemplo que representam para mim. Agrade¸co os conselhos, o encorajamento, for¸ca e tudo o que me ensinaram e fizeram por mim.
Ao Francisco devo um especial obrigado por me acompanhar em todos os dias de trabalho, pela paciˆencia que sempre teve para me encorajar e acreditar em mim quando mais duvidei das minhas capacidades. Pelos debates de ideias, opini˜oes e conselhos, pela assistˆencia que sempre disponibilizou em todas as fases do meu trabalho, a minha enorme gratid˜ao, somos uma boa equipa.
A todos a minha sincera gratid˜ao!
UTAD, Ana Patr´ıcia Queir´os Gomes Vila Real, 14 de Outubro de 2016
´Indice geral
Resumo xi
Abstract xiii
Agradecimentos xv
´Indice de tabelas xxi
´Indice de figuras xxiii
Gloss´ario e acr´onimos xxvii
1 Introdu¸c˜ao 1
1.1 Consequˆencias do consumo abusivo de ´alcool . . . 2
1.2 Alcoolismo em Portugal . . . 2
1.3 Motiva¸c˜ao e objetivos . . . 4
1.4 Organiza¸c˜ao da disserta¸c˜ao. . . 5
2 Tecnologias wearable 7 2.1 Smartwatches . . . 11
2.2 Campos de aplica¸c˜ao das tecnologias wearable . . . 14
2.3 Wearables e aplica¸c˜oes m´oveis . . . 30
3 Princ´ıpios determinantes na dete¸c˜ao de ´alcool 35 3.1 Lei de Henry . . . 38
3.3.2 Padr˜ao de consumo . . . 41
3.3.3 G´enero . . . 42
3.3.4 Massa corporal e altura. . . 43
3.3.5 Idade . . . 43
3.3.6 Dieta nutricional . . . 44
3.3.7 Fatores gen´eticos . . . 44
3.3.8 Estado de sa´ude e padr˜ao de vida . . . 44
3.4 Dete¸c˜ao de ´alcool no corpo . . . 45
3.4.1 An´alise de ´alcool no sangue e na urina . . . 45
3.4.2 An´alise de ´alcool na respira¸c˜ao . . . 46
3.5 Tecnologias de dete¸c˜ao de ´alcool . . . 46
3.5.1 Modelos dos sensores semicondutores . . . 47
3.5.2 Modelos eletroqu´ımicos . . . 48
3.5.3 Modelos de espetroscopia de raios infravermelhos . . . 51
3.5.4 Cromatografia de gases . . . 53
3.6 Alcool´ımetros eletr´onicos e suas limita¸c˜oes . . . 54
3.6.1 Falsos positivos . . . 55 3.6.2 Tempo de aquecimento . . . 56 3.6.3 Amostras de sopro . . . 57 3.6.4 Substˆancias interferentes . . . 57 3.6.5 Sensibilidade . . . 57 3.6.6 Precis˜ao . . . 58
4 Plataforma para desenvolvimento da aplica¸c˜ao m´ovel 59 4.1 Atividades Android . . . 59
4.2 Resources . . . 61
4.3 Android layout . . . 61
4.4 Android manifest . . . 63
4.5 Base de dados SQLite . . . 65
4.6 Gradle build . . . 66
5 Implementa¸c˜ao de um prot´otipo 69 5.1 Metodologia . . . 70 5.1.1 Sensor de ´alcool . . . 71 5.1.2 Microcontrolador . . . 77 5.1.3 LCD . . . 78 5.1.4 M´odulo de Bluetooth . . . 78 xviii
5.1.5 Alimenta¸c˜ao . . . 80 5.2 Calibra¸c˜ao do sensor . . . 83 5.2.1 Determina¸c˜ao do RS0 . . . 84 5.2.2 Determina¸c˜ao do RS . . . 86 5.2.3 Convers˜ao PPM para g/L . . . 88 5.3 Aplica¸c˜ao Android . . . 88
5.3.1 P´agina inicial da aplica¸c˜ao . . . 89
5.3.2 P´agina de registo . . . 90
5.3.3 P´agina de login . . . 91
5.3.4 P´agina de menu principal . . . 92
5.3.5 P´agina de medi¸c˜ao . . . 93
5.3.6 P´agina de hist´orico . . . 95
5.3.7 P´agina de instru¸c˜oes . . . 96
5.4 Resultados dos ensaios . . . 99
5.5 Montagem do sistema. . . 109
5.6 Confirma¸c˜ao da calibra¸c˜ao . . . 111
5.7 Discuss˜ao dos resultados . . . 112
6 Conclus˜oes e trabalhos futuros 115
Referˆencias bibliogr´aficas 117
´Indice de tabelas
5.1 Tabela de caracter´ısticas do volunt´ario 1. . . 100
5.2 Resultados registados nos testes do volunt´ario 1. . . 100
5.3 Tabela de caracter´ısticas do volunt´ario 2. . . 101
5.4 Resultados registados nos testes do volunt´ario 2. . . 101
5.5 Tabela de caracter´ısticas do volunt´ario 3. . . 102
5.6 Resultados registados nos testes do volunt´ario 3. . . 102
5.7 Tabela de caracter´ısticas do volunt´ario 4. . . 103
5.8 Resultados registados nos testes do volunt´ario 4. . . 103
5.9 Tabela de caracter´ısticas do volunt´ario 5. . . 104
5.10 Resultados registados nos testes do volunt´ario 5. . . 104
5.11 Resultados finais da calibra¸c˜ao. . . 105
´Indice de figuras
2.1 Computador wearable de Shannon e Thorp (Thorp, 1998). . . 8
2.2 Head-Mounted-Display de Sutherland (Kalawsky, 1993). . . 9
2.3 Smartwatch da IBM (equerda) e da Pebble (direita) (Narayanaswami et al., 2002; Migicovsky et al., 2014). . . 12
2.4 Casaco PAN (Hazlett, 2003).. . . 15
2.5 Diferentes tipos de produ¸c˜ao e tratamento tˆextil. (a) Bordados, (b) Costura, (c) Tecelagem, (d) N˜ao-tecidos, (e) Tricˆo, (f) Fia¸c˜ao, (g) Entran¸camento, (h) Revestimento ou lamina¸c˜ao, (i) Impress˜ao e (j) Tratamento qu´ımico (Stoppa and Chiolerio, 2014).. . . 16
2.6 (a) Casaco Musical, (b) Teclado de tecido (Post et al., 2000). . . 17
2.7 Sistema Drishti (Helal et al., 2001).. . . 18
2.8 WearComp de Steve Mann (Mann, 1996, 1998). . . 21
2.9 Camisa para dete¸c˜ao de ferimentos de bala no tronco (Lind et al., 1997). . . 22
2.10 Pulseira Pavlok (Schumacher, 2014). . . 26
2.11 Pulseira de encorajamento a fumadores (esquerda) e pulseira da Chrono Therapeutics (direita) (Schumacher, 2014). . . 27
2.12 Pulseira Kisai Intoxicated (Schumacher, 2014). . . 28 xxiii
3.2 Difus˜ao do etanol dos capilares para os alv´eolos por vaporiza¸c˜ao (Burke and A., 1991). . . 37
3.3 Representa¸c˜ao esquem´atica do processo de transporte de etanol pelo corpo, desde a ingest˜ao at´e `a excre¸c˜ao. . . 38
3.4 Exemplo de uma c´elula de combust´ıvel (Daly, 2013). . . 49
4.1 Cria¸c˜ao de uma atividade em Android Studio. . . 60
4.2 Cria¸c˜ao do layout da p´agina da aplica¸c˜ao utilizando elementos UI. . . 63
4.3 Cria¸c˜ao do layout da p´agina da aplica¸c˜ao atrav´es de programa¸c˜ao. . . 63
4.4 Android Manifest. . . 64
4.5 Exemplo da estrutura de uma base de dados SQLite . . . 66
4.6 Representa¸c˜ao esquem´atica dos componentes principais que constituem uma aplica¸c˜ao Android. . . 67
5.1 Representa¸c˜ao funcional do sistema a implementar. . . 70
5.2 Circuito de teste do sensor MQ-3 (Pololu, 2016). . . 72
5.3 Sensor MQ303A (Eletronics, 2016). . . 73
5.4 Circuito de teste do sensor MQ303A. . . 74
5.5 Circuito de aquecimento do sensor Grove (SeedStudio, 2015). . . 76
5.6 Sensor Grove (SeedStudio, 2015). . . 76
5.7 Arduino Micro. . . 77
5.8 Arduino Micro Pinagem . . . 77
5.9 LCD TFT Robot (vista frontal e pinagem) . . . 78
5.10 LCD TFT Robot (vista traseira) . . . 78
5.11 Liga¸c˜ao de transmiss˜ao e rece¸c˜ao entre o m´odulo de Bluetooth e o microcontrolador. . . 79
5.12 Circuito de demonstra¸c˜ao do m´odulo HC-06 (Olimex, 2016). . . 79
5.13 Bateria de l´ıtio . . . 80
5.14 Esquema da bateria de l´ıtio . . . 80
5.15 Regulador Powercell (Sparkfun, 2012). . . 81 xxiv
5.16 Circuito t´ıpico de carregamento de uma bateria utilizando o MCP73831, Microchip. . . 82
5.17 Circuito t´ıpico do regulador TPS61200 (Instruments, 2008). . . 83
5.18 Representa¸c˜ao gr´afica da rela¸c˜ao entre o r´acio RS0/RS e a concentra¸c˜ao de ´alcool em PPM (SeedStudio, 2015). . . 84
5.19 Representa¸c˜ao dos valores aproximados da concentra¸c˜ao de ´alcool segundo o n´umero de bebidas ingeridas (Bhoot, 2012). . . 87
5.20 Tabela de utilizadores. . . 89
5.21 Tabela de medi¸c˜oes. . . 89
5.22 P´agina inicial . . . 90
5.23 Menu de registo ou login . . . 90
5.24 P´agina de registo do utilizador. . . 91
5.25 P´agina de autentica¸c˜ao do utilizador. . . 92
5.26 Menu principal. . . 93
5.27 Pedido de permiss˜ao para o utilizador ligar o Bluetooth . . . 94
5.28 P´agina de medi¸c˜oes . . . 94
5.29 P´agina de consulta do hist´orico de medi¸c˜oes registadas . . . 95
5.30 Medidas registadas . . . 95
5.31 Confirma¸c˜ao de elimina¸c˜ao das medidas. . . 96
5.32 P´agina de instru¸c˜oes. . . 97
5.33 Representa¸c˜ao esquem´atica da estrutura da aplica¸c˜ao m´ovel. . . 98
5.34 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Comercial (volunt´ario 1) . . . 100
5.35 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Grove (volunt´ario 1) . . . 100
5.36 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Comercial (volunt´ario 2) . . . 101
5.37 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Grove (volunt´ario 2) . . . 101
5.38 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Comercial (volunt´ario 3) . . . 102
5.40 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Comercial (volunt´ario 4) . . . 103
5.41 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Grove (volunt´ario 4) . . . 103
5.42 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Comercial (volunt´ario 5) . . . 104
5.43 Rela¸c˜ao entre o n´umero de bebidas e os resultados do sensor Grove (volunt´ario 5) . . . 104
5.44 R´acio RS/RS0 em fun¸c˜ao da concentra¸c˜ao de ´alcool em PPM.. . . 106
5.45 Resultados do sensor Grove em volts em fun¸c˜ao da concentra¸c˜ao de ´alcool em g/L.. . . 106
5.46 Fluxograma representativo do funcionamento do c´odigo do microcontrolador. . . 108
5.47 Apresenta¸c˜ao dos resultados ao utilizador. (A) representa o display inicial, (B), (C) e (D) representam a fase de aquecimento do sensor, (E) representa a fase em que o sensor j´a foi aquecido e o utilizador pode proceder `as medi¸c˜oes e (F) apresenta o resultado. . . 109
5.48 Representa¸c˜ao esquem´atica de todos os componentes que constituem o produto da montagem final do sistema. . . 110
5.49 Esquem´atico da placa PCB . . . 110
5.50 Produto final da placa PCB (vista frontal) . . . 111
5.51 Produto final da placa PCB (vista traseira) . . . 111
Gloss´
ario e acr´
onimos
Gloss´
ario de termos
Absor¸c˜ao — Processo de remo¸c˜ao de determinados componentes de uma mistura por contacto com uma corrente l´ıquida onde esses componentes se dissolvem. Alv´eolos — Pequenas estruturas que constituem a ´ultima por¸c˜ao da ´arvore
bronquial, sendo morfologicamente semelhantes a um favo de mel, abertas de um dos lados, possuindo uma parede altamente vascularizada.
Bronqu´ıolos — Estruturas que comp˜oem o aparelho respirat´orio dos seres humanos e animais superiores. Consistem em ramifica¸c˜oes dos brˆonquios intra pulmonares que penetram nos alv´eolos pulmonares.
Capilares — Vasos de menor calibre do sistema circulat´orio sangu´ıneo.
Cetonas — Substˆancias qu´ımicas produzidas pelo corpo quando, devido a uma falta de insulina, este n˜ao ´e capaz de usar a glicose como fonte de energia, e em vez disso come¸ca a utilizar a gordura.
Diabetes Tipo 1 — Acontece quando a produ¸c˜ao de insulina do pˆancreas ´e xxvii
corpo humano ataquem as c´elulas que produzem a essa hormona.
Ingest˜ao — Degluti¸c˜ao de alimentos ou outras substˆancias, atrav´es da boca, para o interior do tubo digestivo.
Massa Corporal — Quantidade de mat´eria presente num corpo humano. O conceito est´a associado ao ´Indice de Massa Corporal (IMC), que consiste em associar o peso e a altura da pessoa para determinar se essa rela¸c˜ao ´e saud´avel.
Oxida¸c˜ao — Processo de combinar um elemento com oxig´enio, transformando-o num ´oxido. O elemento respons´avel pela oxida¸c˜ao ´e reconhecido como oxidante.
Substˆancia Vol´atil — Substˆancia que se pode reduzir a g´as ou a vapor, ou seja, com a capacidade de passar facilmente do estado l´ıquido para o estado de vapor ou gasoso sem necessidade de aquecimento.
Transpira¸c˜ao — Processo atrav´es do qual a ´agua que um corpo possui ´e eliminada, motivada pelo aumento da temperatura, o que faz com que a ´agua se transfira para a atmosfera sob a forma e vapor de ´agua.
Veias — Vasos sangu´ıneos que se ramificam por todo o organismo. A principal fun¸c˜ao das veias ´e transportar o sangue dos capilares para o cora¸c˜ao.
Lista de acr´
onimos
Sigla Expans˜ao
ACT Agua Corporal Total´
Sigla Expans˜ao
ADC Analog-to-Digital Converter
API Application Programming Interface APK Android Application Package
ECG Electrocardiogram (Eletrocardiograma) EMG Electromyography
GND Ground
GPS Global Positioning System HMD Head-Mounted Display
IDE Integrated Development Environment IMC ´Indice de Massa Corporal
IP Internet Protocol LCD Liquid-Crystal Display
MIDI Musical Instrument Digital Interface OMS Organiza¸c˜ao Mundial de Sa´ude PAN Personal Area Network
PCB Printed Circuit Board PPG Photoplethysmogram PPM Partes por Milh˜ao
PSP Pol´ıcia de Seguran¸ca P´ublica PWM Pulse-Width-Modulation RFID Radio-Frequency Identification SDK Software Development Kit SPI Serial Peripheral Interface SQL Structured Query Language TAS Taxa de ´Alcool no Sangue TFT Thin-Film-Transistor UI User Interface
UTF Unicode Transform Format XML Extensible Markup Language
1
Introdu¸c˜
ao
O problema do consumo irrespons´avel de substˆancias t´oxicas ´e uma realidade que se regista desde h´a muitos anos na nossa sociedade (Balsa, 2011). A crescente disponibilidade de produtos com maiores n´ıveis de ´alcool contribuiu fortemente para o aumento do consumo de bebidas alco´olicas que se associa a uma s´erie de consequˆencias adversas, das quais o alcoolismo ´e apenas uma pequena parte (Balsa, 2011).
O ´alcool ´e a substˆancia de abuso mais comercializada a n´ıvel mundial e constitui um grave problema de sa´ude p´ublica, resultando em consequˆencias para o indiv´ıduo, fam´ılia e sociedade (Balsa, 2011). Desde muito cedo, esta substˆancia acompanhou a humanidade, fazendo parte das tradi¸c˜oes e vida social. Portugal n˜ao ´e exce¸c˜ao a este cen´ario, chegando mesmo a ser o pa´ıs da Uni˜ao Europeia com maior consumo de bebidas alco´olicas e de prevalˆencia de problemas ligados ao ´alcool (Melo et al.,
2001; Breda,1996).
Segundo v´arios estudos existe uma rela¸c˜ao forte e direta entre a ingest˜ao de ´alcool e a frequˆencia e gravidade dos acidentes sendo que, mesmo concentra¸c˜oes de ´alcool baixas no sangue prejudicam as capacidades f´ısicas e psicol´ogicas dos consumidores (Melo et al., 2001; Breda, 1996).
1.1
Consequˆ
encias do consumo abusivo de ´
alcool
A problem´atica do ´alcool n˜ao se resume ao estudo dos consumos excessivos e/ou prolongados dessa substˆancia, pois estar´ıamos a excluir um vasto leque de problemas sociais e econ´omicos, cuja gravidade n˜ao pode ser ignorada. Importantes indicadores da extens˜ao das bebidas alco´olicas e seus problemas v˜ao desde os acidentes de via¸c˜ao, acidentes de trabalho, criminalidade, perturba¸c˜oes familiares, efeitos nas crian¸cas (conce¸c˜ao, desenvolvimento, rendimento escolar, entre outros) (Lopes, 2004). O consumo abusivo de ´alcool ´e um fator determinante da sa´ude e uma das principais causas de mortes prematuras e evit´aveis. Estima-se que seja o respons´avel por cerca de 7% da mortalidade prematura na Europa sendo igualmente respons´avel por um importante impacto negativo sobre a for¸ca de trabalho e a produtividade (Andreson and Baumberg, 2006). Nesta sequˆencia a OMS em 1982, prop˜oe o conceito de “problemas ligados ao ´alcool”, para designar esta multiplicidade de fatores, que transcendem em muito o conceito de doen¸ca. Este conceito ´e definido como
“uma express˜ao imprecisa mas cada vez mais usada para designar as consequˆencias nocivas do consumo de ´alcool. Estas consequˆencias atingem n˜ao s´o o consumidor, mas tamb´em a fam´ılia e a coletividade em geral. As perturba¸c˜oes causadas podem ser f´ısicas, mentais ou sociais e resultam de epis´odios agudos de um consumo excessivo ou de um consumo prolongado” (Melo et al., 2001).
1.2
Alcoolismo em Portugal
O ´alcool ´e atualmente, em Portugal, uma droga legal e comercializada, e, devido `a longa tradi¸c˜ao vitivin´ıcola portuguesa, faz parte dos h´abitos alimentares da larga maioria da popula¸c˜ao. Al´em disso, o ´alcool aparece muitas vezes associado como elemento primordial a in´umeros quadros do relacionamento social, tanto privado como p´ublico, de natureza ritual, comemorativa e recreativa (Balsa, 2011).
1.2. ALCOOLISMO EM PORTUGAL 3
mil alco´olicos cr´onicos e que os custos para a sociedade podem atingir os 2 a 6% do Produto Interno Bruto do pa´ıs (Breda,1996). Os dados publicados pela World Drink Trends revelam que nos ´ultimos anos Portugal representa um dos consumidores per capita de ´alcool puro mais elevados do mundo.
Em Portugal, o efeito dos problemas ligados ao consumo de ´alcool ´e de grande dimens˜ao. Mello et al considera mesmo o consumo excessivo de ´alcool como sendo “um dos mais graves problemas de sa´ude em Portugal ” (Melo et al., 2001), muito devido ao peso t˜ao significativo que tem na mortalidade da popula¸c˜ao. ´E tamb´em referido no Plano Nacional de Sa´ude 2004-2010, que os dados relativos ao consumo excessivo de ´alcool continuam a ser extremamente preocupantes, sendo o n´ıvel de consumo portuguˆes e suas consequˆencias um grave problema de sa´ude p´ublica. Portugal era, em 2003, o oitavo maior consumidor de ´alcool do mundo, encontrando-se no ter¸co superior de consumidores de ´alcool de todos os pa´ıses da Uni˜ao Europeia (Breda et al., 1997). Estimou-se que cerca de 10% da popula¸c˜ao portuguesa apresentava graves incapacidades ligadas ao ´alcool, no entanto, apenas cerca de 15 a 25% dos indiv´ıduos se abstˆem ou consomem esporadicamente bebidas alco´olicas (Melo et al., 2001). Os problemas ligados ao ´alcool adquirem, em Portugal e em outros pa´ıses, uma dimens˜ao de problema de sa´ude p´ublica, dado que nos encontramos longe das metas preconizadas pela OMS (Lopes, 2004). A este respeito (Edwards et al.,1997), consideram a existˆencia de um largo espectro de problemas ligados ao ´alcool, de tipo e severidade vari´aveis que v˜ao al´em do restrito conceito m´edico de alcoolismo. Estes problemas podem surgir de um ´unico epis´odio de bebida ou de um consumo excessivo repetido. Habitualmente quer nos problemas agudos, quer nos cr´onicos, o risco ´e proporcional `a dose (quanto maior o consumo de ´alcool, maior ´e o risco).
O problema do alcoolismo transformou-se sem d´uvida, num dos fen´omenos sociais mais generalizados das ´ultimas d´ecadas. Deste modo, os problemas ligados ao ´alcool atingem diferentes grupos e estendem-se aos mais diversos campos (Lopes, 2004).
1.3
Motiva¸c˜
ao e objetivos
A condu¸c˜ao de autom´oveis sob a influˆencia de substˆancias t´oxicas ´e um s´erio problema social (Borkenstein and Dale,1964). Os efeitos imediatos do ´alcool sobre o c´erebro s˜ao de natureza estimulante ou depressiva, dependendo da quantidade consumida. De qualquer forma, estes efeitos resultam em limita¸c˜oes que aumentam a probabilidade de um acidente, devido a efeitos como o aumento do tempo de rea¸c˜ao, menor vigilˆancia e diminui¸c˜ao da acuidade visual. Fisiologicamente, o ´alcool tamb´em reduz a press˜ao arterial e deprime a consciˆencia.
Al´em de seu impacto direto nos acidentes rodovi´arios, acredita-se que o ´alcool pode afetar outros aspetos de seguran¸ca do condutor como o uso do cinto de seguran¸ca, o uso do capacete e a escolha de velocidade (Marr,1999;Haworth et al., 2002). O consumo excessivo de ´alcool entre condutores resulta num aumento significativo do risco de acidentes de via¸c˜ao. Al´em disso, muitos estudos destacam in´umeros casos em que a presen¸ca de ´alcool e drogas em condutores resulta em ferimentos graves ou fatais em acidentes de trˆansito (Holmgren et al., 2005; Wagenaar et al.,
1995; Ahlm et al., 2009).
Atualmente, os acidentes de trˆansito s˜ao a d´ecima causa geral de mortalidade em todo o mundo, ocasionando cerca de 1 milh˜ao de mortes e 20 a 50 milh˜oes de feridos por ano (Jacobs et al.,2000). Em resposta, foram concebidas pol´ıticas de seguran¸ca rodovi´aria, em que o n´ıvel m´aximo de ´alcool permitido aos condutores se tornou num fator chave, visando reduzir acidentes de trˆansito relacionados com ´alcool em todo o mundo.
Garantir que os limites de ´alcool impostos n˜ao sejam excedidos ´e uma importante necessidade. Com a imposi¸c˜ao dos limites de ´alcool permitidos por lei tornou-se uma infra¸c˜ao conduzir com um n´ıvel de ´alcool no sangue que exceda os limites legais (Giannelli and Imwinkelried, 2007) e, com estes limites, veio a necessidade de medir a quantidade de etanol no corpo do condutor (Giannelli and Imwinkelried,
1.4. ORGANIZAC¸ ˜AO DA DISSERTAC¸ ˜AO 5
da quantidade de etanol presente na respira¸c˜ao de um condutor (Long, 2002). Ao longo dos anos, o teste de ´alcool na respira¸c˜ao tornou-se um m´etodo amplamente utilizado para a determina¸c˜ao quantitativa do n´ıvel de intoxica¸c˜ao de indiv´ıduos suspeitos de conduzir sob a influˆencia de ´alcool, tornando-se o m´etodo preferido de medi¸c˜ao da concentra¸c˜ao de ´alcool sobretudo devido `a sua simplicidade de manuseamento, natureza n˜ao invasiva e portabilidade (Moenssens,
2007). ´
E neste contexto, que surge o presente trabalho que se centra na constru¸c˜ao de um dispositivo smartwatch wearable que permita a monitoriza¸c˜ao em tempo real e registo da taxa de alcoolemia do utilizador, numa tentativa de devolver valores que representam uma aproxima¸c˜ao o mais precisa poss´ıvel da realidade. Pretende-se que este sistema seja port´atil, de f´acil manuseamento e razoavelmente discreto de forma a ser transportado com o utilizador no seu dia-a-dia permitindo um c´omodo acompanhamento e controlo daquele que poder´a ser um problema de sa´ude ou apenas uma situa¸c˜ao espor´adica.
O sistema proposto dever´a ser capaz de, em primeiro lugar, recolher amostras de sopro, processa-las e apresentar os resultados num curto espa¸co de tempo. O dispositivo hardware ser´a acompanhado por uma aplica¸c˜ao Android que permitir´a o registo de resultados de forma discreta. Desta forma, pretende-se que o sistema proposto represente um passo em frente, embora ainda pequeno, no combate `a mortalidade associada aos acidentes rodovi´arios, bem como `a doen¸ca que representa o alcoolismo que faz parte da nossa realidade.
1.4
Organiza¸
c˜
ao da disserta¸c˜
ao
A presente disserta¸c˜ao apresenta-se estruturada em 6 cap´ıtulos. O cap´ıtulo introdut´orio abrange o problema relacionado com o consumo excessivo de ´alcool e respetivas propor¸c˜oes nocivas na sociedade. Neste cap´ıtulo ´e justificada a motiva¸c˜ao por detr´as do desenvolvimento e alcance das etapas e objetivos de
trabalho.
No cap´ıtulo 2 ´e feita uma abordagem `a extens˜ao das ´areas de implementa¸c˜ao, aplica¸c˜ao e relevˆancia das tecnologias wearable e suas caracter´ısticas.
No cap´ıtulo 3 ´e feito um levantamento de todos os elementos relevantes para entender o processo de testar o n´ıvel de alcoolismo de um indiv´ıduo, bem como os aspetos que afetam diretamente e significativamente este procedimento.
Numa nota introdut´oria `a estrutura de uma aplica¸c˜ao m´ovel para dispositivos Android no processo da sua conce¸c˜ao, o cap´ıtulo 4 descreve as partes constituintes e indispens´aveis `a constru¸c˜ao e funcionamento destas aplica¸c˜oes, no que toca `a utiliza¸c˜ao do software Android Studio.
Em termos de metodologia de implementa¸c˜ao pr´atica do sistema, no cap´ıtulo 5 ´e feita a descri¸c˜ao aprofundada e explicativa das fases de trabalho, listagem de materiais, desenvolvimento da aplica¸c˜ao m´ovel e realiza¸c˜ao de testes. S˜ao tamb´em mostrados os resultados obtidos na fase de testes, bem como o produto da montagem final do sistema, confirma¸c˜ao e discuss˜ao dos resultados finais.
Por fim, o cap´ıtulo 6 ´e dedicado `a conclus˜ao da disserta¸c˜ao, onde s˜ao referidos v´arios aspetos pertinentes relacionados com as limita¸c˜oes principais encontradas na fase implementa¸c˜ao do sistema, poss´ıveis melhorias e extens˜oes futuras, bem como alguns coment´arios finais.
2
Tecnologias wearable
Tecnologia wearable ´e um termo geral utilizado para definir sistemas ou dispositivos que contˆem elementos eletr´onicos e que s˜ao transportados com o utilizador durante o seu uso (Dune, 2004).
Ao grupo de dispositivos wearable est˜ao associadas muitas formas diferentes de incorporar uma variedade de elementos eletr´onicos como sensores, motores, displays, alarmes ou baterias em acess´orios ou pe¸cas de vestu´ario que podem ser facilmente transportados no corpo do utilizador. Diversos sistemas eletr´onicos tˆem sido integrados em tecidos, chap´eus, pulseiras, an´eis, ´oculos, bem como outros dispositivos como smartwatches e auriculares, tornando tecnologias como circuitos eletr´onicos ou dispositivos de monitoriza¸c˜ao card´ıaca verdadeiramente wearable (Dune,2004).
Os dispositivos wearable atraem uma grande variedade de pessoas, desde profissionais de sa´ude at´e ao consumidor comum. Esta tecnologia tornou-se familiar com os nossos computadores pessoais, tablets e smartphones, tornando certas funcionalidades facilmente acess´ıveis de forma discreta e cont´ınua. Desde ent˜ao, os dispositivos wearable foram submetidos a muitos anos de desenvolvimento desde as ideias e prot´otipos iniciais (Hannikainen, 2006).
Uma das primeiras formas de tecnologia wearable foi o rel´ogio de pulso, que foi criado nos final dos anos 1500 (Childers, 1999). O rel´ogio foi uma tecnologia projetada para fornecer um servi¸co espec´ıfico a que os utilizadores teriam acesso em todos os momentos e de forma conveniente. Da mesma forma, o r´adio port´atil, que evoluiu para o walkman, um dispositivo perpetuado devido ao desejo de o utilizador ter acesso aos servi¸cos espec´ıficos que proporcionava a qualquer momento. O desejo e a necessidade de aceder continuamente e convenientemente `as funcionalidades que este tipo de dispositivos proporcionam veio criar a necessidade de um maior desenvolvimento de dispositivos port´ateis (Dune, 2004).
Mais tarde, o conceito de incluir novas e melhores funcionalidades em tecnologias wearable surge na forma de computadores wearable. Neste sentido, estes dispositivos s˜ao ainda um campo de pesquisa relativamente novo (Hannikainen,
2006). No ano 1960, Edward Thorp e Claude Shannon projetaram, implementaram e testaram o primeiro computador wearable, destinado para a previs˜ao do n´umero de uma roleta (figura 2.1) (Thorp, 1998). O sistema consistiu numa Unidade Central de Processamento constitu´ıda por doze trans´ıstores, dois micro interruptores como dispositivos de entrada para os dedos do p´e, um altifalante como dispositivo de sa´ıda, e uma liga¸c˜ao de r´adio.
9
Esta aplica¸c˜ao representa um sistema com o intuito especial capaz de fazer apenas tarefas avan¸cadas especificas, demonstrando as caracter´ısticas importantes de aplica¸c˜oes para roupas inteligentes. A sua utiliza¸c˜ao, no entanto, foi proibida em alguns locais p´ublicos (Thorp, 1998).
Uma das primeiras utiliza¸c˜oes p´ublicas e, portanto, um importante ponto de partida para o desenvolvimento de produtos eletr´onicos wearable foi a implementa¸c˜ao de Sutherland do Head-Mounted Display (HMD) (figura 2.2), que foi utilizado em aplica¸c˜oes de realidade virtual (Kalawsky, 1993).
Figura 2.2 – Head-Mounted-Display de Sutherland (Kalawsky,1993).
O desenvolvimento dos computadores wearable tamb´em exibiu uma progress˜ao em dire¸c˜ao `a mobilidade e portabilidade, partindo de computadores mainframe de grande porte para desktops e laptops, PDA e, mais tarde, computadores rel´ogio de pulso (Dune, 2004). Em termos de conhecimento p´ublico em geral, os computadores wearable surgiram como sistemas de computadores de uso geral que
s˜ao t˜ao m´oveis como os seus utilizadores, movendo-se com eles a qualquer momento e em qualquer lugar. No Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em particular, um grupo de estudantes universit´arios e funcion´arios come¸caram a usar os seus computadores de forma cont´ınua na d´ecada de 1990 (Mann, 1997; Starner, 2002). A primeira conferˆencia mundial sobre computadores port´ateis foi realizada em 1997 (IEEE, 1997).
Desde ent˜ao, a manifesta¸c˜ao de tecnologias wearable cobriu sistemas de computadores port´ateis de grande a pequena escala, bem como aplica¸c˜oes para fins especiais. No futuro, as plataformas m´oveis personalizadas podem fornecer computa¸c˜ao de alto n´ıvel para uma variedade de aplica¸c˜oes e uma interface para controlar o ambiente circundante (Mann,1997;Starner, 2002).
Enquanto muitos dispositivos industriais s˜ao wearable simplesmente por serem montados sobre o corpo, outros dispositivos port´ateis s˜ao projetado de forma oculta no corpo ou na roupa. Embora a integra¸c˜ao visual subtil de tecnologia seja claramente uma necessidade em muitas aplica¸c˜oes, principalmente em dispositivos projetados para vigilˆancia, este facto raramente tem sido abordado pelos projetistas de dispositivos port´ateis. Isto ´e devido, em parte, `a rela¸c˜ao entre o tamanho f´ısico dos componentes e funcionalidades, um problema que se verifica principalmente nos computadores wearable (Dune, 2004).
Assim, mesmo com a diminui¸c˜ao cont´ınua dos dispositivos em tamanho, as necessidades de novas funcionalidades continuam a crescer. Por outro lado, outros dispositivos port´ateis tˆem sido desenvolvidos para obter dados a partir do corpo de forma port´atil e conveniente. Em ambientes hospitalares, os sensores podem aderir `a pele enquanto o paciente se encontra conectado a uma unidade de recolha de dados (Dune, 2004).
`
A medida que tecnologia computacional requerida para recolher os dados do sensor diminui em tamanho, a unidade de cole¸c˜ao de dados pode ser montada fisicamente no corpo, diminuindo a necessidade de ter o paciente confinado ao hospital.
2.1. SMARTWATCHES 11
uma amostra do estado f´ısico real do paciente. A monitoriza¸c˜ao cont´ınua proporcionada por um dispositivo wearable transforma esta amostra numa imagem em movimento, refletindo toda a realidade do seu estado f´ısico (VivoMetrics, 2003). Um dispositivo wearable consiste, portanto, num conjunto de sistemas eletr´onicos em constante desenvolvimento e que se representam cada vez mais como parte integral da vida comum de um utilizador. S˜ao instrumentos por vezes vistos como assistentes pessoais eletr´onicos inteligentes que podem trazer muita utilidade na vida daqueles dispostos a tomar esta tecnologia e aceit´a-la como parte do seu dia-a-dia.
Como estes, foram criados muitos outros exemplos de como uma simples atividade comum pode beneficiar da miniaturiza¸c˜ao da tecnologia que nos rodeia e que cada vez mais nos acompanha.
2.1
Smartwatches
Uma importante e popular incorpora¸c˜ao de aplica¸c˜oes wearable ´e o smartwatch. Desde o simples rel´ogio de pulso ao sofisticado smartwatch com que estamos familiarizados atualmente, ´e impressionante a evolu¸c˜ao tecnol´ogica e funcional com que nos deparamos.
Como j´a foi referido anteriormente, o rel´ogio de pulso ´e uma das tecnologias wearable mais antigas que permite aos utilizadores obter informa¸c˜ao de forma f´acil e r´apida. O seu uso tornou-se comum para as mulheres no final dos anos 1800, e pelos homens no in´ıcio de 1900 (Martin,2002).
O design original do rel´ogio veio da ado¸c˜ao de rel´ogios de bolso pelos militares. Com manobras militares coordenadas de modo a acontecerem simultaneamente, os rel´ogios foram uma importante ferramenta de guerra, j´a que um rel´ogio de bolso n˜ao poderia ser consultado t˜ao facilmente.
Mais tarde surgiram novos avan¸cos tecnol´ogicos como o aparecimento do rel´ogio digital, (Piquet,2002) e, em seguida, o rel´ogio calculadora da HP em 1978, seguido
rapidamente por rel´ogios com uma gama de caracter´ısticas diferentes desde a incorpora¸c˜ao de r´adio `a televis˜ao (Beringer, 1984). Desta forma, foi significativa a evolu¸c˜ao dos rel´ogios de pulso durante a ´ultima metade do s´eculo.
Na evolu¸c˜ao para o smartwatch que vemos hoje, tˆem surgido rel´ogios totalmente program´aveis com a capacidade de interagir com outros dispositivos e servi¸cos de Internet (Cha et al., 2015).
O primeiro smartwatch foi introduzido no ano 2000 pela IBM que representava um prot´otipo que utilizava o Linux e um processador ARM (Advanced RISC Machines). O dispositivo era ainda volumoso e nunca foi comercializado (Narayanaswami et al.,
2002) (figura 2.3 `a esquerda).
No final de 2012, a Pebble Technology lan¸cou o primeiro smartwatch consum´ıvel (figura 2.3 `a direita). Em Julho de 2013 foram vendidos mais de 85000 destes smartwatches (Arthur, 2013). A vers˜ao mais recente deste dispositivo inclui um processador ARM Cortex-M3, um display de 144x168 pixeis, Bluetooth 4.0, um motor de vibra¸c˜ao, uma b´ussola digital, um aceler´ometro e uma bateria de l´ıtio.
Figura 2.3 – Smartwatch da IBM (equerda) e da Pebble (direita) (Narayanaswami et al.,
2002; Migicovsky et al.,2014).
2.1. SMARTWATCHES 13
ao programador desenvolver aplica¸c˜oes para o rel´ogio, bem como APIs (Application Programming Interface) para comunica¸c˜ao por Bluetooth, armazenamento local, sincroniza¸c˜ao de tempo, desenho gr´afico, controlo de bot˜oes e vibra¸c˜ao (Migicovsky et al., 2014).
Recentemente, a plataforma Android Wear, bem como os rel´ogios da Apple alcan¸caram alguma popularidade (Rawassizadeh et al., 2014). Em paralelo, houve um aumento na quantidade dispositivos de pulso n˜ao-rel´ogios, destinados principalmente `a sa´ude e quantifica¸c˜ao pessoal de movimento e exerc´ıcio (Swan,
2012).
Tem havido uma grande quantidade de trabalho e recursos dedicados a esta ´area de pesquisa. Surgem ainda avan¸cos significativos no mecanismo de toque em dispositivos pequenos (Holz and Baudisch, 2010a,b; Karlson et al., 2005; Baudisch and Chu,2009), bem como na introdu¸c˜ao de texto (Cha et al.,2015;Dunlop et al.,
2014; Hong et al., 2015).
Existem dois tipos de mecanismo de input nos smartwatches: toque f´ısico e a tecnologia t´actil, sendo o primeiro o mais adequado no caso de o smartwatch for desenvolvido com a inten¸c˜ao de n˜ao requerer demasiada aten¸c˜ao visual do utilizador. Outra modalidades de entrada seria o gesto, tal como a inclina¸c˜ao do ecr˜a (Xiao et al., 2015) e intera¸c˜oes em torno do dispositivo (Oakley, 2014; Kratz and Rohs, 2009). No entanto, ´e discut´ıvel a limita¸c˜ao deste tipo de input em termos de margem quantitativa de gestos poss´ıveis, bem como a possibilidade de pouca precis˜ao na dete¸c˜ao do movimento (Cha et al., 2015).
Em termos de output, a abordagem mais utilizada tem sido a visual atrav´es da utiliza¸c˜ao do LCD, no entanto, existem muitas outras op¸c˜oes como ´audio, luzes e vibra¸c˜ao (Cha et al.,2015).
2.2
Campos de aplica¸c˜
ao das tecnologias wearable
Atualmente surgem cada vez mais e novas aplica¸c˜oes dos dispositivos wearable associadas a diferentes campos. Estas aplica¸c˜oes podem ajudar os seus utilizadores fornecendo assistˆencia e ferramentas ´uteis nas mais diversas tarefas do seu dia-a-dia.
Existem m´ultiplas funcionalidades que nos s˜ao fornecidas pelas tecnologias wearable que incluem equipamentos m´oveis de computa¸c˜ao, monitores de frequˆencia card´ıaca, computadores de pulso, todos os quais podem ser utilizados enquanto o utilizador estiver em movimento.
Como os anteriores, existem muitos outros fins para os quais os dispositivos wearable s˜ao desenvolvidos, e cujas funcionalidades s˜ao dedicadas e diretamente aplicadas a esse mesmo campo.
Roupas “inteligentes”
As chamadas roupas “inteligentes” s˜ao pe¸cas de vestu´ario comuns com estruturas inteligentes adicionadas. Estas estruturas podem ser formadas com dispositivos eletr´onicos, equipamentos n˜ao eletr´onicos, materiais tˆexteis inteligentes, ou combina¸c˜oes dos anteriores (Lobmann, 2003).
As roupas “inteligentes” s˜ao criadas com o prop´osito de melhorar ou aumentar a funcionalidade das roupas comuns de v´arias maneiras. Uma das funcionalidades que surgem com este novo conceito ´e a capacidade de incluir sistemas sensoriais nos tˆexteis, que recolhem dados acerca do utilizador e do ambiente `a sua volta, reagindo de acordo com estes dados. Tais rea¸c˜oes podem ser a¸c˜oes aut´onomas como com o controlo de aquecimento el´etrico por medi¸c˜oes de temperatura humana ou presta¸c˜ao de informa¸c˜oes aos utilizadores (Rantanen et al., 2001, 2002).
Alguns dos componentes que constituem as roupas “inteligentes” incluem elementos sensores, atuadores ou estruturas eletr´onicas sens´ıveis e adapt´aveis ao
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 15
respetivo contexto (Langenhove and Hertleer, 2004). Uma das primeiras aplica¸c˜oes para roupas “inteligentes” foram os casacos que inclu´ıam um leitor de MP3. Este tipo de aplica¸c˜oes veio, mais tarde, replicar-se em equipamentos de snowboard (Lobmann, 2003).
Outros exemplos s˜ao a camisa de aquecimento el´etrico wearable projetada para alpinistas e o colete de salvamento que cont´em um sistema de comunica¸c˜ao integrado (Lobmann, 2003).
Exemplos de aplica¸c˜oes baseadas em acess´orios s˜ao os sapatos de corrida com amortecimento conectados a um leitor de m´usica para apoiar e orientar o desempenho do utilizador (Lobmann, 2003). Al´em disso, foi lan¸cado um casaco que cont´em bolsos para uma variedade de equipamentos eletr´onicos que tamb´em fornece a op¸c˜ao de utilizar um painel de c´elula solar para carregar a bateria, uma solu¸c˜ao da Personal Area Network (PAN) patenteada para conex˜ao de dispositivos (figura 2.4) (Hazlett,2003).
A Symbol Technologies desenvolveu um sistema de recolha de dados comerciais para aplica¸c˜oes na ind´ustria, tais como invent´ario do armaz´em e controlo de transportes. Isto ´e projetado para ser usado no pulso e equipado com um leitor de c´odigo de barras usado no dedo para facilitar a recolha de dados (Stein et al., 1998).
Figura 2.5 – Diferentes tipos de produ¸c˜ao e tratamento tˆextil. (a) Bordados, (b) Costura, (c) Tecelagem, (d) N˜ao-tecidos, (e) Tricˆo, (f) Fia¸c˜ao, (g) Entran¸camento, (h) Revestimento ou lamina¸c˜ao, (i) Impress˜ao e (j) Tratamento qu´ımico (Stoppa and Chiolerio,2014).
Numa fase mais avan¸cada no desenvolvimento de tˆexteis inteligentes foi necess´ario considerar de que forma os materiais condutores podem ser processados em tecido. Hoje em dia j´a existem in´umeras formas de incorporar num simples tecido toda a tecnologia pretendida de forma a manter um equil´ıbrio entre a funcionalidade e o conforto do utilizador que veste as roupas “inteligentes”. Alguns exemplos s˜ao os bordados, a costura, os tecidos n˜ao-tˆexteis, o tricˆo, a tecelagem, fia¸c˜ao, o entrela¸camento, o revestimento ou lamina¸c˜ao, a impress˜ao e tratamentos qu´ımicos que fornecem caracter´ısticas espec´ıficas tais como o comportamento hidrof´obico controlado (figura 2.5) (Stoppa and Chiolerio, 2014).
In´umeras combina¸c˜oes destes materiais resultam numa enorme gama de tecidos que contˆem elementos el´etricos miniaturizados. Uma vez que ´e prefer´ıvel usar tecidos confort´aveis no corpo, foi importante colocar esfor¸cos na utiliza¸c˜ao dos tˆexteis para as fun¸c˜oes eletr´onicas atrav´es de fibras condutoras (estruturas que exibem condutividade e possuem fun¸c˜oes eletr´onicas ou computacionais) ou tintas condutoras (tintas especializadas que podem ser imprimidas em v´arios materiais para criar padr˜oes el´etricos ativos) (Post et al., 2000; Redstrom and Maz´e, 2005;
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 17
O casaco ILLUM ´e um exemplo baseado na tecnologia que inclui tinta condutora e tecnologia fotovoltaica imprimida sobre o tecido. As partes funcionais s˜ao colocadas na parte exterior do casaco, enquanto a fonte fotovoltaica ´e colocada nos ombros e nas costas (Post et al.,2000). Outro exemplo ´e o casaco musical, criado em 2000 no MIT, que propˆos uma nova forma de coser padr˜oes em tecidos que definem circuitos el´etricos. Este casaco ´e composto por um teclado feito de tecido, um sintetizador MIDI (Musical Instrument Digital Interface) e colunas (figura 2.6) (Post et al.,
2000).
Figura 2.6 – (a) Casaco Musical, (b) Teclado de tecido (Post et al.,2000).
Aplica¸c˜oes para apoio a pessoas com deficiˆencias
No campo das tecnologias port´ateis para assistˆencia a pessoas com dificuldades cognitivas, f´ısicas ou sensoriais foram v´arias as aplica¸c˜oes relatadas. Exemplos t´ıpicos s˜ao aplica¸c˜oes de orienta¸c˜ao para os deficientes visuais, como VibraVest, que fornece feedback t´actil sobre objetos pr´oximos ao utilizador (Mann, 1997). Outro exemplo ´e um colete de orienta¸c˜ao `a navega¸c˜ao t´actil, que cont´em matrizes quatro por quatro de micro-motores nas costas do colete para fornecer informa¸c˜ao direcional (Ertan et al., 1998).
Al´em de uma interface de retorno t´actil, as interfaces de tom de voz tamb´em tˆem sido avaliadas para ajudar na orienta¸c˜ao a deficientes visuais (Ross,2001). O sistema Drishti orienta os deficientes visuais ou pessoas com outras deficiˆencias aos locais desejados usando sistemas de fala e GPS (figura2.7) (Helal et al., 2001). O sistema notifica preferˆencias de contexto e de usu´ario, enquanto recomenda a rota a ser tomada.
Figura 2.7 – Sistema Drishti (Helal et al.,2001).
A Identifica¸c˜ao de R´adio Frequˆencia (RFID) ´e uma t´ecnica de navega¸c˜ao tamb´em utilizada para deficientes visuais (Willis and Helal, 2005). As etiquetas RFID s˜ao utilizadas para formar redes. As coordenadas de localiza¸c˜ao e informa¸c˜ao acerca do ambiente circundante s˜aos pr´e-programadas para etiquetas que podem depois ser lidas pelo utilizador com a ajuda de um leitor.
As aplica¸c˜oes referidas acima s˜ao todas concebidas para ajudar diretamente as pessoas com deficiˆencia. No entanto, h´a ocasi˜oes em que ´e necess´aria assistˆencia
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 19
para permitir que outros consigam comunicar com as pessoas com deficiˆencia. Um exemplo disto ´e um dispositivo wearable americano reconhecedor de linguagem gestual, que converte os sinais gestuais do seu portador em palavras faladas, utilizando uma cˆamara para seguir os gestos (Starner et al., 1997). Outra abordagem ´e a utiliza¸c˜ao de luvas, para al´em de uma cˆamara, para fornecer informa¸c˜oes nos casos em que as m˜aos se obscurecem entre si da cˆamara de vista (Culver, 2004).
Aplica¸c˜oes de apoio `a navega¸c˜ao e acesso a informa¸c˜ao
Um outro exemplo de aplica¸c˜oes dos dispositivos wearable ´e a gama de aparelhos de orienta¸c˜ao, navega¸c˜ao e aplica¸c˜oes de informa¸c˜ao, que podem ajudar as pessoas em ambientes desconhecidos a chegar aos destinos desejados ou fornecer informa¸c˜oes sobre o local em que se encontram. Para implementa¸c˜ao destas aplica¸c˜oes, s˜ao necess´arias v´arias t´ecnicas de posicionamento, normalmente ´e utilizado o GPS (Helal et al., 2001).
A M´aquina de Turing ´e um sistema computador-mochila wearable que combina a computa¸c˜ao m´ovel e realidade aumentada (AR) numa aplica¸c˜ao guia na ´area de uma universidade ou ´areas geogr´aficas maiores (Feiner et al., 1997).
Metronaut ´e outro prot´otipo de um computador wearable para tarefas de orienta¸c˜ao. O sistema inclui um leitor para a digitaliza¸c˜ao de c´odigos de barras, que marcam locais importantes na ´area. Enquanto se move em torno do local em que se encontra, o utilizador pode digitalizar o c´odigo de barras e o sistema orienta-o para o pr´oximo ponto de encontro (Smailgic and Martin, 1997).
Outro exemplo ´e um guia de turismo da cidade que s´o d´a informa¸c˜oes relevantes para a localiza¸c˜ao geogr´afica do utilizador, ignorando informa¸c˜oes de locais fora de um certo alcance, ou seja, fora da faixa de visibilidade virtual (Leonhardi et al.,
1999). Outros sistemas de informa¸c˜ao v˜ao ainda mais longe, oferecendo ajuda para superar as barreiras lingu´ısticas em lugares estrangeiros, bem como assistˆencia `a navega¸c˜ao e ajuda a armazenar e organizar mem´orias (Yang et al.,1999).
Aplica¸c˜oes de assistˆencia sens´ıveis ao contexto
Uma das inova¸c˜oes no campo das tecnologias wearable s˜ao os sistemas port´ateis de colabora¸c˜ao que podem sentir o ambiente remotamente (Bauer et al.,1998).
Certas aplica¸c˜oes port´ateis s˜ao desenvolvidas no sentido de ajudar as pessoas sem conex˜oes de rede, por exemplo, na aquisi¸c˜ao de novas competˆencias para a realiza¸c˜ao de tarefas complexas (Ockerman et al., 1997).
Context-Aware Computing utiliza informa¸c˜oes de contexto, isto ´e, a localiza¸c˜ao, caracter´ısticas do ambiente e condi¸c˜oes do utilizador, a fim de fornecer informa¸c˜oes ou servi¸cos relevantes para o mesmo (Dey, 2001; Siewiorek et al., 2003). Uma das caracter´ısticas mais importantes em eletr´onica m´ovel ´e a possibilidade de proporcionar um acesso cont´ınuo `as fontes de informa¸c˜ao e, assim, fornecer ajuda numa variedade de atividades di´arias (Bass et al., 1997).
No entanto, para aplica¸c˜oes de computa¸c˜ao wearable, em particular, as fontes de informa¸c˜ao relevantes e a facilidade de acesso a informa¸c˜ao s˜ao dependentes de um n´umero de fatores. Estes incluem as identidades dos indiv´ıduos envolvidos, a localiza¸c˜ao e atividade do utilizador, bem como interfaces informativas e f´aceis de utilizar (Dey et al., 1999; Suomela and Lehikoinen, 2000). Um exemplo simples ´e um acess´orio de gravata que pode sentir a informa¸c˜ao auditiva perto do utilizador e reconhecer fala, ru´ıdo e silˆencio, bem como o estatuto dos movimentos do utilizador (Schmidt et al.,1999).
O sistema WearComp de Steve Mann (Mann,1998) cont´em um computador wearable equipado com uma cˆamara para permitir aos utilizadores observar a ´area circundante (figura2.8). Isto pode tamb´em melhorar a sua seguran¸ca, por exemplo, alertando o utilizador de potenciais perigos (Mann, 1996, 1998).
O agente de lembran¸ca ´e um exemplo de uma aplica¸c˜ao que aumenta a mem´oria do utilizador (Rhodes, 1997). O sistema baseia-se em informa¸c˜oes de contexto e sugere documentos relevantes adequados `a situa¸c˜ao atual, agindo, assim, como uma extens˜ao da mem´oria dos utilizadores.
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 21
Figura 2.8 – WearComp de Steve Mann (Mann,1996,1998).
Aplica¸c˜oes para assistˆencia ao local de trabalho
Os dispositivos wearable tamb´em podem proporcionar benef´ıcios importantes para as pessoas numa ampla gama de postos de trabalho. Estes incluem a assistˆencia em ambientes de escrit´orio m´oveis, bem como em ambientes perigosos, como os militares, servi¸cos de resgate, ou no espa¸co. No entanto, a maioria das aplica¸c˜oes relatadas referem-se a fabrica¸c˜ao, manuten¸c˜ao e tarefas de inspe¸c˜ao, tais como manuten¸c˜ao, reparo e inspe¸c˜ao de aeronaves (Ockerman and Pritchett, 1998; Siegel and Bauer,
1997).
Um computador wearable pode fornecer informa¸c˜oes adicionais no diagn´ostico, solu¸c˜oes de problemas de repara¸c˜ao, bem como aux´ılio `a mem´oria para listas de inspe¸c˜ao, em que devem ser tomadas algumas medidas para garantir a seguran¸ca. Estes computadores tamb´em tˆem sido propostos para a manuten¸c˜ao de armas, bem como para a forma¸c˜ao de tarefas para o pessoal militar (Bosco et al., 1996). Foi desenvolvida uma abordagem para roupas inteligentes para detetar ferimentos de bala no tronco, utilizando fibras ´oticas (figura 2.9) (Lind et al., 1997). O sistema ´e constru´ıdo numa camisa. Al´em de ser capaz de determinar a penetra¸c˜ao, ocorrˆencia, classifica¸c˜ao e localiza¸c˜ao do ferimento, pode medir batimentos card´ıacos, taxas
de respira¸c˜ao e movimentos. Este sistema demonstra t´ecnicas que tamb´em s˜ao geralmente necess´arias em acompanhamento m´edico wearable (Lind et al., 1997).
Figura 2.9 – Camisa para dete¸c˜ao de ferimentos de bala no tronco (Lind et al.,1997).
Os computadores port´ateis tamb´em s˜ao recomendados para auxiliar equipas de resgate em zonas de desastres para prestar assistˆencia em tarefas de recolha de dados e localiza¸c˜ao dos membros da equipa de resgate (Kuwata et al.,2000). Em viagens espaciais com ambientes de micro gravidade, estes dispositivos detetam altera¸c˜oes nas condi¸c˜oes fisiol´ogicas em miss˜oes de longo prazo que sejam particularmente arriscadas (Ball and Evans, 2001).
Existem s´erias preocupa¸c˜oes quanto `a radia¸c˜ao, perda de densidade mineral ´ossea, altera¸c˜oes comportamentais causadas pelo isolamento, e mudan¸cas nos sistemas cardiovascular e pulmonar. A fim de combater esses riscos para a sa´ude, as esta¸c˜oes de naves espaciais est˜ao equipadas com dispositivos de medi¸c˜ao e aquisi¸c˜ao de dados (Ball and Evans, 2001).
A viagem espacial oferece uma oportunidade ideal para utilizar sistemas wearable para garantir a vigilˆancia da sa´ude a longo prazo, antes, durante e depois da viagem. Um exemplo disso ´e um casaco sensitivo, que pode gravar dados de
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 23
eletrocardiograma (ECG), bem como produzir cargas musculares e cardiovasculares com um dinam´ometro manual (Gallasch et al., 1996).
Aplica¸c˜oes tecnol´ogicas para assistˆencia `a sa´ude
Uma das principais aplica¸c˜oes das tecnologias wearable aparece com a necessidade de obter informa¸c˜oes fisiol´ogicas de diferentes formas.
Neste campo de aplica¸c˜oes das tecnologias wearable, os sensores wearable tem surgido como uma solu¸c˜ao inovadora na obten¸c˜ao de e monitoriza¸c˜ao de vari´aveis fisiol´ogicas de forma cont´ınua e conveniente.
A roupa, em contacto pr´oximo com o corpo, proporciona uma boa oportunidade de realizar medi¸c˜oes que requerem contacto com a pele, enquanto oferecem tamb´em privacidade no controlo da sa´ude pessoal.
Os monitores de frequˆencia card´ıaca s˜ao talvez os sistemas wearable de aquisi¸c˜ao de dados fisiol´ogicos mais popularmente conhecidos, sendo amplamente utilizados no desporto (Healey and Logan, 2005). Estes sistemas baseiam-se normalmente em elementos sensoriais aplicados em volta do peito e uma interface no pulso (Rantanen et al., 2001).
Os primeiros sistemas relatados para monitoriza¸c˜ao de sinais fisiol´ogicos eram geralmente simples e utilizavam dois parˆametros, por exemplo, ECG e temperatura dos indiv´ıduos. Mais tarde j´a seria poss´ıvel a monitoriza¸c˜ao constante de outros parˆametros como a respira¸c˜ao, pulsa¸c˜ao, press˜ao arterial, satura¸c˜ao de oxig´enio no sangue, cinem´atica do corpo, emo¸c˜oes e rea¸c˜oes cognitivas (Degen et al., 2003;
Healey and Logan, 2005).
Hoje em dia, a ´area de tecnologia de bem-estar tem recebido uma consider´avel publicidade por uma s´erie de raz˜oes, tais como o envelhecimento da popula¸c˜ao e um n´umero crescente de doen¸cas relacionadas com estilos de vida diferentes. Os sensores n˜ao invasivos mais frequentemente utilizados em dispositivos wearable incluem (Manto et al., 2003):
- El´etrodos `a superf´ıcie da pele, utilizados para detetar o potencial das superf´ıcies na monitoriza¸c˜ao de sinais bioel´etricos como ECG (eletrocardiograma), EEG (eletroencefalograma) e EMG (eletromiografia); - Sensores de temperatura para dete¸c˜ao da temperatura da superf´ıcie da pele; - Sensores piezoel´etricos para monitorizar o ritmo card´ıaco e o esfor¸co
respirat´orio;
- Fotopletismografia (PPG) para dete¸c˜ao de mudan¸cas no volume do sangue numa sec¸c˜ao da pele atrav´es de luz infravermelha emitida na pele, sendo a luz absorvida de acordo com o volume de sangue;
- Oximetria de pulso, usada para detetar a satura¸c˜ao de oxig´enio e ritmo card´ıaco atrav´es de sinais PPG. Para isso s˜ao utilizados emissores/recetores infravermelhos em partes do corpo onde os vasos sangu´ıneos est˜ao perto da superf´ıcie da pele;
- Resposta galvˆanica da pele, atrav´es da dete¸c˜ao do n´ıvel de condu¸c˜ao da pele relativo ao seu grau de hidrata¸c˜ao;
Os sistemas de monitoriza¸c˜ao do estado fisiol´ogico s˜ao normalmente baseados num destes tipos de sensores, ou ainda na combina¸c˜ao de v´arios, de acordo com o n´ıvel de complexidade e fun¸c˜oes para que foram projetados (Lauter,2004;Paradiso et al.,
2004).
Para al´em da aquisi¸c˜ao de dados, os sistemas wearable podem ser utilizados para devolver feedback em tempo real, na forma de alertas e decis˜oes de apoio cl´ınico. Estes dispositivos possibilitam a leitura, processamento e muitas vezes a transmiss˜ao de informa¸c˜ao relativa `a condi¸c˜ao de sa´ude do utilizador, permitindo a monitoriza¸c˜ao cont´ınua no seu dia-a-dia, melhorando assim os cuidados n˜ao-institucionais (Martin,
2002).
No caso de pacientes que se encontram em per´ıodos cr´ıticos ou de alto risco, tais como rec´em-nascidos e pacientes com apneia do sono, os dispositivos de monitoriza¸c˜ao
2.2. CAMPOS DE APLICAC¸ ˜AO DAS TECNOLOGIAS WEARABLE 25
com sistemas de alarmes sem fios podem imediatamente enviar o estado do paciente ao prestador de cuidados de sa´ude . Este tipo de tecnologia, ´e, sem d´uvida, um important´ıssimo passo em frente na capacidade de responder a emergˆencias m´edicas cuja rapidez de assistˆencia se pode revelar crucial para a vida do paciente (Ball and Evans,2001).
Outras aplica¸c˜oes de tecnologia de cuidados de sa´ude incluem sistemas para fins de reabilita¸c˜ao, permitindo a combina¸c˜ao da monitoriza¸c˜ao e de assistˆencia m´edica atrav´es da preven¸c˜ao de situa¸c˜oes potencialmente perigosas para pacientes em per´ıodos de alto risco, como enfartes e recupera¸c˜ao ap´os interven¸c˜oes cir´urgicas. Foram ainda concebidos prot´otipos capazes de avaliar o estado emocional de um individuo (Healey and Logan, 2005; Axisa et al.,2003).
Os dispositivos wearable de assistˆencia m´edica s˜ao, assim, concebidos para proporcionar cuidados a logo prazo para pacientes com problemas tempor´arios ou permanentes.
Aplica¸c˜oes para ajuda no controlo de v´ıcios
Uma varia¸c˜ao das aplica¸c˜oes para assistˆencia `a sa´ude s˜ao os dispositivos cuja proje¸c˜ao se destina a tentar ajudar utilizadores com v´ıcios ou h´abitos que, uma vez presentes na sua vida podem condicionar seriamente o seu bem estar f´ısico, psicol´ogico e social.
Ainda que a maior parte dos dispositivos wearable com este fim esteja em desenvolvimento, este tipo de tecnologia poder´a ter um papel fundamental no combate aos maus h´abitos no futuro.
Um simples acompanhamento ou reconhecimento do comportamento do utilizador poder´a fornecer uma melhor hip´otese de estar mais consciente do consumo destas substˆancias. Estando mais pr´oximos do utilizador do que qualquer outra tecnologia, os dispositivos wearable fornecem assistˆencia `as pessoas que desejam mudar os seus comportamentos (Schumacher, 2014).
• Wearablesno Controlo da Dependˆencia da Tecnologia
A dependˆencia das tecnologias ´e uma preocupa¸c˜ao que tem vindo a crescer nos ´ultimos anos, sobretudo devido ao constante desenvolvimento de novas funcionalidades e inova¸c˜oes tecnol´ogicas. Este problema ´e, por vezes negligenciado, no entanto, representa um impacto tremendo na qualidade de vida dos utilizadores. Hoje em dia a maior parte da popula¸c˜ao possui um smartphone com acesso `a Internet que lhes fornece uma conex˜ao constante aos servi¸cos pretendidos (Cha et al., 2015; Dunlop et al.,2014).
Muitas empresas ligadas `a tecnologia wearable tentam criar novas formas de tornar os utilizadores mais independentes dos seus smartphones atrav´es de notifica¸c˜oes com o intuito de os informar acerca de algo importante. As notifica¸c˜oes foram tamb´em aplicadas aos smartwatches mais recentes, no sentido de ajudar o utilizador a sentir-se mais presente no momento, sem receio de perder qualquer acontecimento no seu dispositivo m´ovel (Cha et al.,
2015). No entanto, muitas vezes as notifica¸c˜oes n˜ao resolvem o problema. A pulseira Pavlok ´e um dispositivo wearable que se foca na mudan¸ca de h´abitos, utilizado mecanismos de motiva¸c˜ao projetados para ajudar o utilizador a manter-se e focar-se nos seus objetivos.
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Este dispositivo n˜ao s´o utiliza refor¸co positivo como tamb´em aplica penalidades, caso necess´ario (figura 2.10) (Schumacher, 2014).
• Wearables para Fumadores
As aplica¸c˜oes para smartphones desenhadas para encorajar a for¸ca de vontade do utilizador e foca-lo nos benef´ıcios de deixar de fumar tˆem estado presentes desde h´a alguns anos. Hoje em dia j´a existem aplica¸c˜oes para Android deste g´enero associadas a smartwatches. Estes dispositivos fazem uso do seu display para relembrar constantemente o utilizador do n´umero de cigarros que este j´a evitou e a correspondente poupan¸ca (figura 2.11 `a esquerda) (Dunlop et al.,
2014).
Figura 2.11 – Pulseira de encorajamento a fumadores (esquerda) e pulseira da Chrono Therapeutics (direita) (Schumacher,2014).
No caso das t´ecnicas como a motiva¸c˜ao e refor¸co positivo n˜ao forem suficientes, a Chrono Therapeutics est´a a desenvolver um sistema de distribui¸c˜ao transd´ermica programada que fornece aos utilizadores uma dose de nicotina, apenas para momentos em que o desejo ´e mais cr´ıtico (figura
2.11 `a direita).
O seu algoritmo baseia-se no n´ıvel de nicotina no sangue a que o utilizador est´a acostumado para determinar os ciclos de distribui¸c˜ao da substˆancia (Cha et al., 2015; Dunlop et al., 2014).
• Wearables para Controlo do Alcoolismo
Os aparelhos port´ateis que possibilitam a medi¸c˜ao do n´ıvel de ´alcool representam um importante passo em dire¸c˜ao a um consumo de ´alcool mais equilibrado e consciente. No entanto, a grande maioria destes dispositivos n˜ao s˜ao wearable. A contrariar esta tendˆencia encontram-se em desenvolvimento os sensores de ´alcool transd´ermicos capazes de medir o n´ıvel de ´alcool na pele do utilizador, analisando a concentra¸c˜ao de etanol na transpira¸c˜ao e fornecendo uma estima¸c˜ao da concentra¸c˜ao de etanol no sangue (Schumacher, 2014).
Um exemplo de um smartwatch criado pelos Japoneses que integra esta aplica¸c˜ao ´e o Kisai Intoxicated, que inclui um display, alarmes e uma bateria recarreg´avel (figura 2.12). No entanto este smartwatch ´e criado para fins de entretenimento, n˜ao sendo garantida a veracidade dos resultados mostrados. A integra¸c˜ao desta tecnologia em smartwatches ´e ainda escassa, no entanto j´a foi desenvolvido um sistema que utiliza espectroscopia a laser para determinar o n´ıvel de ´alcool, bem como outras vari´aveis (Cha et al.,2015).
Figura 2.12 – Pulseira Kisai Intoxicated (Schumacher,2014).
• Wearables para Controlo do Drogas
As funcionalidades dos dispositivos wearable podem ainda ser aplicadas na ajuda aos v´ıcios mais perigosos. Pesquisas na Universidade de Medicina de Baylor em Houston levaram a inova¸c˜oes na forma como estas drogas s˜ao detetadas (Cha et al., 2015; Dunlop et al., 2014).
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Utilizando um bio-sensor Zephyr foi poss´ıvel medir eleva¸c˜oes no ritmo respirat´orio e card´ıaco ap´os o consumo de coca´ına em pessoas que participaram voluntariamente neste estudo. Para al´em da dete¸c˜ao destas substˆancias, ´e poss´ıvel prevenir o seu consumo atrav´es de realidades virtuais. As v´ıtimas de abuso destas substˆancias podem enfrentar as tenta¸c˜oes em mundos virtuais hiper-realistas onde s˜ao reconstruidas situa¸c˜oes que ajudam os utilizadores a desenvolver estrat´egias ´uteis no controlo do seu comportamento (Schumacher, 2014).
Aplica¸c˜oes para entretenimento e lazer
A aplica¸c˜ao mais comum dos dispositivos wearable no campo do entretenimento tem-se inclinado para destinos musicais e cria¸c˜ao de m´usica em rede.
Pe¸cas de vestu´ario, como casacos, cal¸cas, luvas, tornam-se instrumentos musicais quando equipados com a eletr´onica necess´aria, utilizando sensores t´ateis para criar m´usica bem como uma conex˜ao de rede para ouvir m´usica compartilhada (Maekawa et al., 2003).
Um exemplo de um sistema wearable aplicado `a ´area das roupas “inteligentes” e projetado para prop´ositos de entretenimento baseia-se num conjunto de sensores no vestu´ario do utilizador que produz m´usica baseada em movimentos di´arios do utilizador e do ambiente (Maz´e and Jacobs,2003).
Este tipo de aplica¸c˜ao foi tamb´em empregue em cal¸cado (Paradiso et al.,2000). Com este tipo de sistema, um dan¸carino usa sapatos especiais equipados com sensores para medir diferentes tipos de passos. De acordo com os passos registados, o sistema gera m´usica e gr´aficos (Paradiso et al., 2000).
A m´usica tamb´em tem sido utilizada como um motivador no desempenho desportivo, por exemplo, para orientar e apoiar o exerc´ıcio com estilos musicais adequados a diferentes ritmos de passo (Wijnalda et al., 2005).
