EMERGENCIA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con los sistemas electrónicos de manejo y control de datos en vehículos y operarios. Más específicamente se refiere a un novedoso sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma ( E E G ) e información del vehículo para anticipar la acción de frenado de emergencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La actividad cerebral de una persona implica la generación de ondas cerebrales derivadas de la actividad eléctrica de las neuronas; las ondas cerebrales pueden ser clasificadas en diferentes tipos según su frecuencia, es decir, el tiempo que pasa entre los momentos en los que muchas neuronas disparan señales eléctricas a la vez, entre estas encontramos las ondas Delta (de 1 a 3 Hz), las ondas Theta (de 3.5 a 7.5 HZ), las ondas Alfa (de 8 a 13 Hz), las ondas Beta (de 12 a 33 Hz) y las ondas Gamma (de 25 a 10 O H z ) . Estas ondas pueden ser detectadas mediante algunos dispositivos como el electroencefalograma (EEG) que genera señales eléctricas que pueden recabarse, procesarse e interpretarse para múltiples propósitos, principalmente diagnóstico médico y estudio de las funciones cerebrales, como por ejemplo para proporcionar alertas de eventos neurológicos que ocurren en un sujeto como convulsiones epilépticas, detectar al menos un parámetro de un sujeto mientras el sujeto duerme, entre otros.

En la actualidad la adquisición e interpretación de señales electroencefalográficas se basa en la colocación de sensores sobre el cuero cabelludo de la persona, la utilización de un sistema electrónico de amplificación y digitalización de las señales provenientes de los sensores y la comunicación de la información digitalizada hacia un sistema computacional de almacenamiento, procesamiento y análisis. Debido a estas características, los sistemas de electroencefalografía no son muy accesibles aún en cuanto a portabilidad y bajo costo.

Por otro lado, en cuanto a la conducción de vehículos automotores es muy importante la seguridad para evitar accidentes. Muchos accidentes suceden por deficiencias en el frenado, por fallas o por la reacción tardía de los conductores ante cansancio o situaciones muy comprometidas donde se tiene poco tiempo de reacción para el frenado. Por ejemplo, una situación potencialmente peligrosa durante la conducción de vehículos es la realización de frenados de emergencia que son desencadenados por diversas situaciones como los frenados súbitos de otros vehículos delanteros, la aparición inesperada de peatones o ciclistas, o simplemente el encendido de la luz roja de los semáforos. Ante cualquiera de estas situaciones de frenado, la respuesta final realizada por el conductor, es decir, oprimir el pedal del freno, es el resultado final de una serie de procesos cognitivos neuronales que inician con la interpretación de la situación, continúan con la decisión y planeación de mover las extremidades y culminan con la activación muscular necesaria para mover el pie y accionar el pedal del freno. Por lo tanto, se puede usar actividad cerebral del conductor que antecede el momento en que se acciona el pedal del freno para detectar anticipadamente el frenado de emergencia. Como resultado, una tecnología con estas características puede ayudar a disminuir el tiempo de reacción de frenado y por lo tanto, puede llevar a la prevención de potenciales accidentes.

Ante esta situación se hace necesario un sistema embebido que permita anticipar la acción de frenado de emergencia en un vehículo por parte del conductor al detectar su intención de frenar.

La invención por tanto está dirigida a un novedoso sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor de un vehículo en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo para anticipar la acción de frenado de emergencia. La aplicación del sistema es en cualquier situación en la que un conductor maneje un vehículo, en especial aquellas en las cuales sea más prioritaria o necesaria la seguridad por el tipo de ambiente o por la posible cantidad de personas afectadas y donde sea más fácil introducir dispositivos de seguridad no convencionales al usuario, como el caso de conductores de transporte público, de equipo de carga pesada o equipo industrial.

En el estado de la técnica se conoce un dispositivo creado con fines de investigación por parte del laboratorio Autónomos Labs en Alemania, el cual comunica un dispositivo de adquisición de señales electroencefalográficas con un vehículo para controlar el movimiento del automóvil a través de comandos de control básicos decodificados de la actividad cerebral. Sin embargo, el automóvil fue modificado específicamente para este propósito y no se mencionan detalles de la interfaz computadora-vehículo.

Se realizó una búsqueda para determinar el estado de la técnica más cercano, encontrándose los siguientes documentos:

Se ubicó el documento CN205433654 de Zeng Zhiwei y Long Jiangli del 21 de marzo de 2016 que revela un dispositivo de control de prevención del sueño mediante señales de onda cerebrales para un conductor de vehículo que incluye un controlador de ondas cerebrales y un módulo de administración de energía, que involucra una tela o capucha que se divide por igual a la posición correspondiente de la zona occipital del cerebro, la posición que corresponde a la región frontal del cerebro y la zona correspondiente del lóbulo occipital del cerebro que integra electroencefalografia, el controlador de ondas cerebrales incluye una unidad de amplificación de filtrado, un convertidor AD, una unidad central de procesamiento de ondas cerebrales, un circuito de relés, un módulo de advertencia de pronunciación y el módulo GSM de conexión de electricidad en el orden correcto, la distribución está conectada y se llega a la unidad central de procesamiento de ondas cerebrales con transmisión de señal con unidad de amplificación filtrante, la electricidad convertida AD en el orden correcto en la electroencefalografí a de la zona occipital del cerebro, la unidad central de procesamiento de ondas cerebrales pasa a través del circuito repetidor y está conectada a un módulo de advertencia, el módulo GSM. El modelo de utilidad divulgado puede evitar algunos problemas que ocurren durante la conducción y recordar al conductor del automóvil ajustar el estado del cuerpo a tiempo para evitar un accidente.

Sin embargo, dicho dispositivo no está configurado, ni diseñado para anticipar la acción de frenado de emergencia en un vehículo por parte del conductor al detectar su intención de frenar. Se ubicó también el documento CN205433655 de Zeng Zhiwei y Long Jiangli del 21 de marzo de 2016 que da conocer un dispositivo de recordatorio de prevención de adormecimiento para un vehículo con señal de control de onda eléctricas Theta cerebrales, incluyendo el cuerpo del capuchón, el controlador de la onda cerebral y un módulo de administración de energía, la posición del lóbulo occipital cerebral correspondiente del cerebro distribuye y tiene electroencefalografí a, un controlador de ondas cerebrales incluyendo una unidad de amplificación de filtrado, un convertidor AD, una unidad central de procesamiento de ondas cerebrales, un circuito de relés, un módulo de advertencia de pronunciación y un módulo GSM de conexión de electricidad en el orden correcto, la distribución está conectada y se llega a la unidad central de procesamiento de ondas cerebrales con transmisión de señal con unidad de amplificación filtrante, el convertidor de AD en el orden correcto en la electroencefalografia de la posición del lóbulo occipital del cerebro, la unidad central de procesamiento de ondas cerebrales a través del circuito repetidor está conectado con el módulo de advertencia, el módulo GSM, y el sistema de conteo interno que está equipado con un tratamiento de DSP.

Sin embargo, dicho dispositivo solo advierte; pero no está configurado, ni diseñado para anticipar la acción de frenado de emergencia en un vehículo por parte del conductor al detectar su intención de frenar.

Se ubicó también el documento CN104958911 de Wang Jundi et al. del 18 de junio de 2015 que revela un sistema de vehículo de carrera de pista y un método de control basado en una interfaz cerebro- computadora. El sistema de vehículo de carreras consta de tres partes, a saber, equipos de recogida de señales de (EEG), un sistema de pista de coches y un controlador. El método comprende principalmente los pasos que recoger una señal de EEG en tiempo real a través del equipo de recogida de EEG y se envía al controlador a través de Bluetooth, el controlador procesa la señal y controla la velocidad del vehículo de seguimiento, y la velocidad es más rápida cuando la atención de un usuario está más concentrada. El sistema vehículo de carreras admite el control individual y la confrontación doble, cuando se realiza el control individual, el tamaño del valor de atención puede reaccionar en el tiempo y cuando se lleva a cabo la confrontación doble, la diferencia de atención de diferentes individuos puede reflejarse, de modo que el sistema de vehículo de carreras no solo se puede utilizar como juguete competitivo de entretenimiento, sino que también se puede usar para entrenar la concentración de la atención, y se posee un buen prospecto de desarrollo y aplicación.

Sin embargo, dicho dispositivo solo advierte; pero no está configurado, ni diseñado para anticipar la acción de frenado de emergencia en un vehículo por parte del conductor al detectar su intención de frenar.

Nótese que los parámetros que se requieren del vehículo, como la de la señal del freno, no se pueden adquirir de manera directa a través de dispositivos de comunicación del vehículo, por lo que se requiere de hardware y software especializado para obtenerlos a partir de dicho medio. Esto le agrega portabilidad al sistema ya que prácticamente todos los automóviles actuales cuentan con este puerto de comunicación. Ante la necesidad de contar con un sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor de un vehículo en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo para anticipar la acción de frenado de emergencia, fue que se desarrolló la presente invención. OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como principal objetivo hacer disponible un sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo para anticipar la acción de frenado de emergencia en un vehículo por parte del conductor al detectar su intención de frenar.

Otro objetivo de la invención es permitir dicho sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo, que además permita asistir al conductor en situaciones de frenado de emergencia para reducir la distancia de frenado en un vehículo. Otro objetivo de la invención es permitir dicho sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo, que además permita asistir al conductor en situaciones de frenado de emergencia cuando éste no pueda realizar la acción de frenar debido a motivos como estados de shock, bloqueo muscular, etc. Otro objetivo de la invención es permitir dicho sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo, que además permita reducir la cantidad de accidentes de tránsito.

Otro objetivo de la invención es permitir dicho sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo, que además pueda ser utilizado como una plataforma tecnológica para ayudar a que cualquier persona pueda seguir contribuyendo a esta u otras líneas de investigación relacionadas con interfaces cerebro- computador, tecnologías de conducción asistida, vehículos autónomos, etc.

Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción general y detallada de la presente invención apoyados en las modalidades ilustradas.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO

De manera general el sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales de electroencefalograma (EEG) e información del vehículo para anticipar la acción de frenado de emergencia, de conformidad con la presente invención consta de un dispositivo electrónico embebido que se comunica con un vehículo a través del puerto de diagnóstico OBD-II (receptor) y mediante el cual obtiene las señales del pedal del freno y del acelerador (velocidad), aplicando algunos filtros a los mensajes presentes en el protocolo de comunicación denominado bus CAN (acrónimo del inglés Controller Area Network) (transmisor) generados por la Unidad de Control del Motor (ECU por sus siglas en inglés de Engine Control Unit) del vehículo, de manera periódica y en donde dicho dispositivo integra un microcontrolador ARM de 32 bits con una fuente de alimentación de corriente (preferentemente de 5 VDC) que convierte a dichas señales en señales digitales con niveles lógicos TTL y un sistema de adquisición de señales de electroencefalograma (EEG) que consiste en una capucha que integra preferentemente treinta y dos electrodos secos conectados a un procesador que transmite las señales EEG de manera inalámbrica a través de un emisor inalámbrico a un receptor inalámbrico de dicho dispositivo electrónico embebido. Ambas, las señales digitalizadas del pedal del freno y acelerador, y las señales de EEG son enviadas al dispositivo electrónico embebido para su análisis, procesamiento e interpretación con el fin de determinar si existe o no una intención por parte del conductor de frenar.

Las señales EEG se adquieren por medio de un equipo que consiste en un gorro con 32 sensores pasivos secos para señales bioeléctricas distribuidos de acuerdo al sistema internacional 10-20 y un procesador a bordo que adquiere (resolución de 24 bits), pre filtra y envía las señales EEG a un receptor inalámbrico (a 2.4 GHz) que puede alternativamente conectarse a una PC para un filtrado y procesamiento posterior. Las señales se muestrean a 250 Hz para conseguir una buena relación señal a ruido y se adquieren únicamente con un filtro pasa-banda de 0.5 a 100 Hz para dejar pasar todas las ondas cerebrales Delta, Theta, Alfa, Beta, Gamma mencionadas previamente.

Adicional a la información de las señales electroencefalográficas EEG del conductor, se hizo necesario conocer también algunas señales del vehículo para determinar si existió o no una acción de frenado en cada intervalo de tiempo seleccionado. En este sistema se definieron las que indican si el pedal del freno y/o el acelerador fueron activados, cuyos valores se encuentran presentes en la mayoría de los vehículos comerciales a través del puerto de diagnóstico OBD-II, por lo que la comunicación con el vehículo se realiza utilizando un sistema embebido que consiste en el microcontrolador principal ARM Cortex M4 de 32 bits que se comunica con el puerto mencionado por medio de un intérprete CAN/OBD a UART STN1110. El microcontrolador principal envía primero unos comandos de inicialización y configuración al intérprete dependiendo del protocolo de comunicación que utilice el vehículo al que se conecte y posteriormente se envían otros comandos para filtrar los mensajes de las señales de activación/no activación del pedal de freno y posición del acelerador. Una vez que se ha realizado la etapa de configuración y preprocesamiento de los datos, el microprocesador obtiene los valores de ambos pedales de manera periódica con una tasa de muestreo de 250Hz y genera dos salidas digitales (niveles TTL) con su estado correspondiente. Es decir, se envía un O lógico si el pedal no se encuentra activado y un 1 lógico si se encuentra activado.

Las señales lógicas de cada pedal se envían directamente al mismo sistema que realiza la adquisición de las señales EEG como salidas digitales, por lo que de esta manera se garantiza que ambas señales (vehículo y biopotenciales del sujeto) se encuentren sincronizadas y registradas a la misma frecuencia de muestreo de 250Hz.

Para comprender mejor las características de la presente invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un diagrama esquemático general del sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques del sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo. La figura 3 ilustra un diagrama de bloques del flujo de información en el sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo.

La figura 4 ilustra una perspectiva convencional del dispositivo embebido del sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo.

Las figuras 5a, 5b, 5c y 5d ilustran diagramas esquemáticos de un conductor conduciendo un vehículo ante una situación de emergencia en el que se utiliza el sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo.

Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer la descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

Los detalles característicos del sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo, se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes. Con referencia a las figuras 1 y 2, el sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo, consta de un dispositivo electrónico embebido (1) para el procesamiento de señales de electroencefalograma EEG obtenidas mediante un equipo de adquisición de señales de electroencefalograma EEG (2) que consta de un gorro (2a) que se coloca un conductor (3) y que comprende treinta y dos sensores activos secos para señales bioeléctricas (4) distribuidos de acuerdo al sistema internacional 10-20 conectados a un procesador (5) (ADC con resolución de 24 bits) que adquiere, pre-filtra y envía las señales EEG mediante un transmisor inalámbrico (6) (a 2.4 GHz) a un receptor base inalámbrico (7) (a 2.4 GHz) de dicho dispositivo electrónico embebido (1). Éste último, además comprende una interfaz (8) para conectarse al puerto de diagnóstico OBDII (9) de un vehículo (10) para obtener las señales filtradas del pedal del freno y acelerador utilizando un módulo emisor/transmisor de comunicación CAN (1a) (acrónimo del inglés Controller Area Network) para recibir los mensajes generados por la Unidad de Control del Motor (10a) (ECU por sus siglas en inglés de Engine Control Unit) del vehículo (10); en donde dichas señales de electroencefalograma EEG del conductor (3) y dichas señales del pedal del freno y acelerador del vehículo (10) son recibidas por un microcontrolador ARM de 32 bits (1b) de dicho dispositivo electrónico embebido (1) que presenta una fuente de alimentación de corriente (1c) (preferentemente de 5 VDC) y que convierte a dichas señales del pedal del freno y acelerador del vehículo (10) en señales digitales con niveles lógicos TTL; ambas señales son sincronizadas y analizadas por el dicho microcontrolador principal (1b) para ser utilizadas posteriormente en la predicción de la intención de frenado mediante un modelo matemático integrado en el sistema embebido. En la figura 2, además se muestra que el dispositivo electrónico embebido (1) comprende al menos un puerto digital de entrada/salida (11) de las señales lógicas de cada pedal por si se requiere de algún análisis o procesamiento adicional a través de alguna PC u otro sistema embebido. En el caso de las señales bioeléctricas de EEG esto no es necesario ya que se pueden adquirir de manera inalámbrica por cualquier otro sistema.

Dicho microcontrolador ARM de 32 bits (1b) de dicho dispositivo electrónico embebido (1) además puede estar en comunicación con un segundo microprocesador (1d) para la programación y depuración de las señales.

Con referencia a la figura 3 se aprecia el diagrama de bloques del flujo de información en el sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo, en donde las señales de electroencefalograma EEG son obtenidas (12) para posteriormente ser filtradas (13) y enviadas a registro (14) de dichas señales; simultáneamente las señales del pedal del freno y acelerador del vehículo son obtenidas (15) y enviadas a registro (14) para luego extraer las características deseadas (16) y en base a ello efectuar la clasificación (predicción) (17) de intención de frenado.

Las señales EEG de los 32 canales pueden enviarse a una computadora o en el propio dispositivo electrónico embebido (1) y se registran mediante una librería de software. Dichas señales se analizan en el dominio del tiempo para encontrar patrones característicos producidos por el cerebro cuando se recibe un estimulo (generalmente visual o auditivo) que antecede a una situación de emergencia que requiere el movimiento de alguna parte del cuerpo como respuesta o reacción a tal evento (variación negativa contingente), lo que puede definirse como una intención de movimiento. Para ello primero deben elegirse ventanas de tiempo donde la probabilidad de encontrar dichos patrones sea alta y ventanas donde la probabilidad sea muy baja, a manera de generar conjuntos de datos que permitan entrenar un sistema de inteligencia computacional contenido en el sistema electrónico embebido y que es capaz de diferenciar entre si existe o no una intención de frenado por parte de un conductor (3). Estos intervalos se determinan a partir de una serie de eventos y condiciones generadas de manera controlada a través de pruebas en las que se generan frenados de emergencia aleatorios por parte de un conductor (3) en un vehículo de prueba. En estas pruebas se definen también todas las variables a medir (tanto del sujeto como del vehículo), el circuito a recorrer, los sujetos que participarán y el estimulo visual que servirá de referencia para analizar la información.

La figura 4 ilustra una perspectiva convencional del dispositivo electrónico embebido (1) del sistema electrónico embebido para la detección de intención de frenado de un conductor en situaciones de emergencia, utilizando señales “EEG” e información del vehículo. En este se aprecia la interfaz (8) para conectarse al puerto de diagnóstico OBDII (9) de un vehículo (10) (ver figs. 1 y 2) y el receptor base inalámbrico (7) (a 2.4 GHz).

Con referencia a la figura 5a, el conductor (3) va manejando un vehículo (10) de forma normal y de forma espontánea se producen señales cerebrales que pueden registrarse por medio de un equipo de adquisición de señales electroencefalograma EEG (2).

Ante la presencia de un estimulo (visual o auditivo) que antecede a una situación de emergencia, se inician una serie de procesamientos neuronales en el conductor (3) que generan señales cerebrales con patrones característicos definidos (Fig. 5b).

Posterior a la presencia del estimulo, se realizan otros procesamientos neuronales que indican la realización de movimiento, lo cual puede interpretarse como la intención de realizar un frenado de emergencia. Esto también genera señales cerebrales con patrones característicos definidos (figura 5c).

El conductor (3) realiza el movimiento de sus articulaciones para realizar la acción de frenado (Fig. 5d).

El dispositivo electrónico embebido (1) que adquiere simultáneamente las señales cerebrales del conductor (3) e información del vehículo (10) como pedal del freno (18), acelerador (19) y velocidad. Esta información se procesa y se analiza a través de un modelo matemático dentro del dispositivo electrónico embebido (1) para detectar si la persona recibió un estimulo que indicaba una situación de emergencia y la realización de una acción de frenado. Esta detección se realiza antes de que la persona oprima el pedal del freno (18) (entre la etapa 2 (fig. 5b) y la etapa 3 (fig. 5c).

El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.