Un equipo de investigadores de la Universidad Penn State Berks ha desarrollado un innovador dispositivo portátil de código abierto y bajo coste capaz de registrar mediciones de luz y, a través de un método de aprendizaje automático, diferenciar entre iluminación artificial interior y luz natural exterior. Gracias a su construcción ligera y portátil, se puede convertir en una herramienta muy útil para entender mejor los beneficios de la luz natural, y el desarrollo de wearables que permitan controlar el grado de exposición a la misma e incentivar a los usuarios a que pasen más tiempo al aire libre.
Que cada vez pasamos más tiempos en interiores es una realidad incuestionable, más ahora en tiempos de pandemia. Aproximadamente tres cuartas partes de los días de adultos y niños se pasan en interiores. Sin embargo, la investigación existente sugiere como existe una asociación positiva entre el tiempo que pasa al aire libre y el bienestar subjetivo de una persona. El tiempo pasado al aire libre proporciona beneficios adicionales, como niveles de estrés más bajos y un mejor sueño, así como una mayor actividad física. Por lo tanto, determinar cuánto tiempo pasa una persona en interiores o exteriores es información útil para entender y cómo desarrollar rutinas que mejoren su bienestar físico y mental.
Muchos de los estudios existentes relacionados con la exposición ambiental se basa en medidas autonotificadas para cuantificar cuánto tiempo se pasa en el exterior. Estos autoinformes pueden no ser tan precisos como un dispositivo portátil que puede notar con precisión los cambios de iluminación, así como la cantidad de exposición a las diferentes fuentes de luz.
Los investigadores describen este dispositivo portátil en un reciente paper publicado en la revista científica Hardware X. En el mismo se incluyen sensores que pueden recopilar datos sobre las fuentes de luz, incluidos datos de longitudes de onda y frecuencias. Posteriormente, a través de un método de aprendizaje automático, una red neuronal artificial examina los datos para determinar si se está en el interior o en el exterior.
“Recopilamos muchos datos del paquete de sensores, que registran datos de forma continua para poder determinar si está en un ambiente exterior o interior. La cantidad de luz en el espectro ultravioleta, la intensidad de luz o las diferencias en la temperatura de color son algunas de las variables tomadas para evaluar donde se esta realizando la exposición”, explica Matthew Rhudy, profesor asistente de ingeniería de Penn State Berks.
El hardware para este dispositivo consiste en un paquete electrónico alojado dentro de una carcasa de plástico diseñada a medida e impresa en 3D. En el núcleo del dispositivo propuesto hay un microcontrolador basado en Arduino con capacidades de registro de datos microSD. Conectados a la placa de registro de datos hay dos paquetes de sensores. Uno de ellos es un sensor de luz UV que recopila mediciones del contenido de luz ultravioleta (UV), mientras que el otro se trata de un sensor de color RGB que recopila mediciones de la intensidad de la luz, la temperatura del color y los componentes de color (rojo, verde, azul, claro). El coste total del dispositivo fue de alrededor 70 dólares. El diagrama de cableado y conexión del mismo se puede ver en la figura siguiente:
Para validar el dispositivo, se realizaron pruebas estáticas colocando el paquete del sensor en un lugar fijo interior o exterior. Los datos se recopilaron en una variedad de ubicaciones, horarios y condiciones climáticas. En total, se recogieron 3.640 muestras de interior y 1.368 de exterior. El mayor número de muestras en interiores se debió principalmente al muestreo de conveniencia basado en el clima y las limitaciones de tiempo para obtener mediciones al aire libre. Una vez que se han registrado los datos, los archivos MATLAB proporcionados se utilizan para visualizar los datos, así como para proporcionar una clasificación interior/exterior a través de una red neuronal artificial previamente entrenada.
Para demostrar una aplicación más práctica del dispositivo, también se hicieron mediciones colocando el dispositivo en la camisa de una persona, en el transcurso de dos días diferentes. En la figura siguiente se muestran los datos obtenidos para un solo individuo en dos días diferentes.
Los resultados nuestras como se puede obtener una información realmente útil para cuantificar el tiempo total diario pasado en cada tipo de ubicación, pero también podría utilizarse para identificar otras características, como la frecuencia y duración de las excursiones al aire libre, etc Debido a que el dispositivo registra la exposición ambiental a lo largo del tiempo, esta información puede estar vinculada a otras evaluaciones de salud, como la actividad física. Además, los resultados psicológicos medidos podrían estar vinculados directamente a otras medidas de luz, como el componente de luz azul, porque la exposición a este tipo de luz se ha relacionado con el ritmo circadiano y la conciliación del sueño.
Como vemos, si bien el enfoque de esta investigación se basa en la investigación psicológica, este dispositivo podría tener interesantes aplicaciones prácticas en otras áreas. Un dispositivo portátil de bajo costo que pueda monitorear la exposición a la luz de forma inalámbrica podría tener un uso práctico para ecologistas, botánicos, biólogos, ingenieros o incluso jardineros. Por ejemplo, monitorear la intensidad de los rayos UV y la luz en varios lugares podría ayudar a identificar ubicaciones ideales para diferentes tipos de crecimiento de plantas. O para el desarrollo de futuros wearables donde se indicará al usuario que ha permanecido mucho tiempo en interiores, impulsando a desarrollar más actividades en el exterior.
