Nuevos sensores y algoritmos de IA para aliviar la carga de los conductores

Investigadores de Fraunhofer desarrollaron un sistema innovador que utiliza sensores y algoritmos de inteligencia artificial (IA) para monitorear la carga cognitiva de los conductores. Esta tecnología tiene el potencial de aliviar la tensión que experimentan los conductores al alcanzar su límite de estrés. Además, el sistema podría aplicarse en otros campos, como la aviación o la cirugía. Para este proyecto, los investigadores implementaron una red de sensores innovadora y un videojuego de PC que simula la preparación de sushi.

Conducir puede parecer una actividad natural, pero los conductores deben procesar una gran cantidad de información mientras están al volante. Deben estar atentos a la velocidad, las revoluciones por minuto (RPM), el nivel de combustible, el sistema de navegación, las señales de tráfico y otros usuarios de la vía. Además, pueden estar conversando con pasajeros o escuchando las noticias en la radio. Cuando un conductor alcanza su límite de carga cognitiva y debe tomar decisiones en situaciones críticas, la situación puede volverse peligrosa.

Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados IIS, ubicado en Erlangen, desarrollaron un sistema que apoya a las personas en la realización de actividades complejas en diversas situaciones, teniendo en cuenta su límite de carga cognitiva. Para ello, implementaron dos tecnologías propias: una red de sensores que mide biosignales, como el pulso, la frecuencia respiratoria y los movimientos, y algoritmos impulsados por IA que reconocen cuándo una persona ha alcanzado su límite de carga cognitiva.

Los criterios para evaluar los biosignales se definieron a partir de estudios en los que los investigadores investigaron la relación entre los biosignales y la carga cognitiva en sujetos de prueba.

En la práctica, el sistema podría garantizar que la electrónica del vehículo alivie al conductor de ciertas tareas para reducir la complejidad general o simplemente recomendar un descanso en la próxima parada.

Red de sensores móvil y multimodal

Para implementar su idea, los investigadores de Fraunhofer desarrollaron la red de sensores maphera. "Integramos una gran cantidad de diferentes sensores en un sistema que no solo funciona en el laboratorio, sino que también es móvil, permitiendo su uso en una amplia variedad de situaciones. maphera es modular en diseño. Dependiendo de la aplicación o los requisitos, combinamos diferentes sensores", explicó Norman Pfeiffer, gerente de grupo de Sistemas de Sensores Médicos en Fraunhofer IIS.

Estos sistemas de sensores pueden integrarse en prendas de vestir o incorporarse en pulseras y parches inteligentes, que son sensores inalámbricos que pueden monitorear continuamente los biosignales. Los datos se transmiten utilizando Bluetooth Low Energy (BLE).

Lo que parece simple es, en realidad, un desafío técnico. Esto se debe a que diferentes sensores están equipados con diferentes microcontroladores que operan a diferentes frecuencias de reloj. En mediciones a corto plazo, esto no es un problema.

Sin embargo, cuando se utilizan mientras se conduce o en el campo de la seguridad ocupacional, las mediciones a menudo se realizan durante varias horas. En estos casos, los desvíos de reloj se acumulan, y los biosignales quedan fuera de sincronización, lo que impide asignarlos al mismo punto en el tiempo. Los investigadores de Fraunhofer lograron calcular los desvíos de reloj causados por los diferentes microcontroladores al recopilar los datos del sensor.

"Con nuestro sistema, los datos están sincronizados, con una tolerancia de solo 30 microsegundos", afirmó Pfeiffer. De ahí proviene el nombre del proyecto maphera, que en griego antiguo significa "transferir simultáneamente".

Evaluación de la carga cognitiva con videojuegos

La segunda parte de la extensa iniciativa de investigación se centra en la relación entre los biosignales y la carga cognitiva. Los sujetos de prueba resuelven tareas de dificultad creciente en una cabina de exposición donde no son perturbados por influencias externas como cambios de temperatura, corrientes de aire o ruido.

Para resolver estas tareas, juegan videojuegos. Como chefs o personal de cocina en un restaurante de sushi, toman pedidos y ensamblan platos de sushi. Con el tiempo, tanto el número de pedidos como la complejidad de los platos solicitados aumentan. Mientras los sujetos de prueba realizan sus tareas, los sensores registran los biosignales de sus cuerpos.

Estos datos se recopilan y se combinan con la prueba n-back, una prueba psicológica estándar que examina habilidades cognitivas como la atención y la memoria. Las pruebas son seguidas de entrevistas uno a uno con los sujetos de prueba.

Nadine Lang-Richter, líder de grupo de Análisis de Datos Médicos en Fraunhofer IIS, comentó: "En el paso final, reunimos toda la información y la analizamos utilizando algoritmos de IA que desarrollamos internamente. Esto nos permite crear un perfil de carga cognitiva personal".

Sistemas de monitoreo de conductores en nuevos automóviles

Sistemas como estos podrían utilizar sensores, incluidas cámaras, para monitorear a los conductores e intervenir cuando alcancen su límite de carga cognitiva. Los fabricantes de automóviles muestran un gran interés en esta tecnología, ya que los sistemas de advertencia de distracción del conductor basados en cámaras serán obligatorios en los nuevos automóviles a partir de 2026 como parte de la Regulación General de Seguridad de la UE (Reglamento (UE) 2019/2144).

Estos sistemas están diseñados para evaluar si la persona detrás del volante está prestando atención y también serán obligatorios para los automóviles autónomos. Aquí, el conductor también debe permanecer alerta para poder intervenir rápidamente en una emergencia.

Entrenamiento de pilotos

Las nuevas tecnologías de Fraunhofer también podrían utilizarse en la aviación. Para los pilotos, el perfil de carga individual podría complementar y mejorar su entrenamiento. En el futuro, estas tecnologías podrían incluso utilizarse en quirófanos. Los sistemas de monitoreo podrían aumentar la seguridad en procedimientos quirúrgicos prolongados, que requieren un rendimiento y enfoque sostenidos durante muchas horas.