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Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Octubre 2017
4°r. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017
Memorias Investigación Interfaz Cerebro-Computadora
Carlos Wences Serrano (Becario)
[email protected] Unidad Académica Preparatoria No. 35, Universidad Autónoma de Guerrero.
Dr. Gustavo Adolfo Alonso Silverio (Asesor)
[email protected] Unidad Académica de Ingeniería
Universidad Autónoma de Guerrero. Introducción
En la década de los 80’s surgió un área de investigación y práctica la cual fue La Interfaz
Cerebro-Computadora, inicialmente como un área de especialidades en ciencias de la
computación que abarca la ciencia cognitiva de factores humanos(Carroll., 2013).
Una Interfaz Cerebro-Computadora es un sistema de interacción capaz de traducir
nuestras intenciones en interacción real con un mundo físico o virtual. El funcionamiento básico
de una Interfaz Cerebro-Computadora es medir la actividad cerebral (voltaje), procesarla para
obtener características de interés, y una vez obtenidas interactuar con el entorno de la forma
deseada por el usuario. La idea de este tipo de tecnología es que solo con pensar se pueda hacer
una tarea como encender el televisor, el aire acondicionado, las luces de tu casa, entre otros, sin
moverse o hablar, y puede ser utilizada por cualquier persona.
Mediante una “diadema” llamada Emotiv Epoc EEG (EEG portátil), extrae la medición de
cambios eléctricos (diferencia de potencial) que se asocia a alguna emoción o acción. Emotiv
Epoc funciona a una resolución de 14 bits, con ancho de banda es 0.2 a 45 Hz (EMO, 2013).
Consta de 14 sensores, un receptor USB para el envió de datos inalámbricos hacia el computador
y su respectivo software de instalación (Emotiv Epoc Xavier ControlPanel 3.3.3).
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Podría utilizarse para aquellas personas con alguna discapacidad severa, enfermedades
que les limitan o impiden por completo el uso de las articulaciones, que le permitiría interactuar
con su entorno, permitiéndoles una nueva forma de comunicación.
Los sistemas ICC (interfaz cerebro-computadora) dependen de la capacidad del usuario
para controlarse y poder lograr controlar esta interfaz, siendo necesario para esto un
entrenamiento previo.
“Emokey” (software integrado de la diadema)
Será la aplicación con la que el usuario podrá configurar la diadema para su uso en
distintas aplicaciones, mediante diferentes combinaciones de detección provenientes de la
diadema Epoc.
PuTTY es la aplicación que servirá de ayuda para llevar a cabo la comunicación entre el arduino
y Emotiv, esta aplicación imprimirá la acción que se está leyendo por Emotiv Epoc.
Comunicación serial
Se utiliza la comunicación serial que sirve para la comunicación entre dispositivos que se
hace prácticamente en cualquier computadora, envía y recibe bytes de información, un bit a la
vez. Para que se lleve a cabo la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión,
Línea 1: va a tierra (-), línea 2: transmitir, línea 3: recibir. Los dispositivos que se
comunican deben de estar de acuerdo a la velocidad que van a mandar los datos para que así
también los puedan recibir y asegurarse de que no se pierda ningún bytes. Para que dos puertos se
puedan comunicar, es necesario que las características sean iguales, la comunicación serial se va
a manejar a 9600 bits por segundo.
Solo se da en los pin 1 y 0 del arduino (RX y TX) para que se dé la comunicación se debe de
conectar el comando TX con el RX.
Electroencefalograma
Es el registro y evaluación de los potenciales eléctricos generados por el cerebro y
obtenidos por medio de los sensores de Emotiv Epoc situados sobre la superficie del cuero
cabelludo. El electroencefalograma (EEG) es el registro de la actividad eléctrica de las neuronas
del encéfalo.
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Historia de la ICC.
• 1980: Georgopoulos et al. (Johns Hopkins University) encuentran una relación matemática
entre la respuesta eléctrica de neuronas individuales de la corteza motora y la dirección en la que
un mono rhesus mueve su brazo. También se encontró una relación con grupos de neuronas.
• 2000: Miguel Nicolelis (Duke University) captura las señales de unas 100 neuronas (invasivo)
de un mono rhesus (Aurora) mientras mueve un joystick en un videojuego. Después, las señales
se usan directamente para controlar el videojuego y el mono descubre que no necesita mover el
brazo para jugar.
• Miguel Nicolelis: – Ha conseguido que el mono controle las piernas de un robot a través de
Internet – Ha conseguido integrar el control directo y la sensación directa entre un cerebro y un
mundo virtual.
• 2000- José Del R. Millán (Swiss Federal Institute of Technology). Entre otros temas, control
mental de una silla de ruedas (no invasivo). Se combinan la inteligencia de la persona con la de la
propia silla de ruedas.
• 2004: Eric Leuthardt, Daniel Moran (Washington University). Adolescente juega al space
invaders (semi-invasivo).
• 2005: Donoghue et al. Control de un brazo robótico, cursor, TV y luces por un paciente
tetrapléjico, usando un interface BrainGate (invasivo, marca comercial)
Objetivos
Desarrollar una interfaz cerebro-computadora que permita la interacción del usuario con aparatos
de la vida cotidiana (Aire acondicionado).
Metodología
La metodología que se siguió en el presente trabajo fue la siguiente:
1. Hidratar los sensores (ver figura 1) con solución salina. Cuando se coloque sobre el cuero
cabelludo, los nodos deben de sentirse mojados.
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Figura 1. Nodos (sensores).
2. Se debe de encender, el interruptor de encendido que está en la parte posterior de la
diadema.
3. Asegurarse de que la conexión bluetooth del dispositivo este activado. Entonces, debe de
emparejarse automáticamente.
4. Enchufar receptor USB (ver figura 2) en el puerto USB de la computadora, para que sea
posible la conexión bluetooth.
Figura 2. Receptor USB
Una vez que se siguieron correctamente los pasos anteriores, se utilizó con seguridad la
diadema Emotiv Epoc y se comenzó con el entrenamiento, y se llevaron a cabo prácticas que
servirían de ayuda para el control del aire acondicionado.
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Diagrama 1. Funcionamiento de Emotiv Epoc.
Emotiv Epoc
push pull
Subir temperatura
Bajar temperatura
neutral
Temperatura media
Computador
Control
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Diagrama 2. Practica de Emotiv Epoc con un led.
Resultados
Colocación
La colocación de cada uno de los sensores debe hacerse con cuidado, ya que son
colocados al momento de ser utilizada, después de humedecerlas con la solución salina (figura 6).
Luego de cada uso los sensores deben de ser desinstalados para ser guardados en una caja que
mantiene la humedad de los sensores. (Como se muestra en la figura 1).
Emotiv Epoc
0
1
Arduino Mega
Interpreta
Si es 0 Si es 1
48
49
MySerial
HC-05 (bluetooth Maestro)
( HC-05 (bluetooth
Esclavo)
(
Arduino UNO
0=Apagar
1=encender
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Figura 6. Modo correcto de usar Emotiv Epoc.
| Se configuraron dos modulos bluetooth que servirán de apoyo para poder hacer la
practica con la diadema, se configuro un bluetooth como “maestro” y el otro como “esclavo” que
servirán para que haya una comunicación entre los arduino.
Se hizo la práctica con ayuda de dos arduinos (UNO y MEGA) y los bluetooth
(maestro/esclavo) para poder entrenar la plataforma de la diadema antes de empezar a trabajar
con el aire acondicionado, la practica consiste en encender dos leds con los mandos push, pull y
neutral del programa Emotiv Epoc, la función push servirá para encender el led 1, pull encender
el led 2 y neutral apagaría totalmente los dos leds.
Figura 7. Practica con Leds.
Después con un control que se construyó con un arduino nano, cables Dupont, y un led
IR, en una protoboard. Se le conectaron los bluetooth (maestro/esclavo) y un arduino UNO se
logró conectar con Emotiv Epoc.
| Se hizo uso de un código para configurar los mandos y enlazarlos con el programa de
Emotiv Epoc, que sirvió para el uso del control.
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Figura 8. Código para controlar el aire acondicionado.
Implementación del control remoto
Se logró controlar el aire acondicionado con la diadema Emotiv Epoc. Las funciones que
se utilizaron fueron temperatura media de aire, subir temperatura y bajar la temperatura, se
utilizaron los mismos mandos que en el entrenamiento mencionado anteriormente (push, pull y
neutral). Para que la diadema se lograra conectar con el aire, primero se conecto a la computadora
el receptor USB que le permite conectarse con la computadora vía bluetooth y le manda la
información a el control remoto que se construyó con el arduino (Figura 9).
Figura 9. Controlando el aire acondicionado.
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Tabla 1. Precios de los productos de Emotiv Epoc
Producto Precio (MXN)
$14,125.68
$460.00
$1062.6677
$95.00
$883.024
$1.00 - $3.00
$370.00
$20.00
Conclusiones
Se logró usar correctamente la diadema Emotiv Epoc y exitosamente se pudo controlar el
aire acondicionado, con ayuda de las prácticas. El gran beneficio de esta interfaz es que puede ser
utilizada por cualquier persona, en especial para aquellas personas que cuentan con alguna
discapacidad o enfermedad en las articulaciones. El único problema de esta interfaz es que si se
llega a utilizar por mucho tiempo, ocasiona dolores de cabeza, por lo que se recomienda un
descanso en periodos de tiempo, es decir, si se usa 1 hora se debe de quitar y descansar 1 hora,
para evitar estos malestares.
Referencias bibliográficas
Ana Elisa García Domínguez. 30 de enero de 2015. Análisis de ondas cerebrales para determinar
emociones a partir de estímulos visuales. Universidad veracruzana, facultad de estadística
e informática.
Álvaro Morán García. Enero de 2015. Diseño de interfaces cerebro-máquina controlados
mediante registros de EEG. Departamento de ingeniería informática, escuela politécnica
superior, universidad autónoma de Madrid.
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Ricardo Aler Mur. PresentationTecfest 2012. Interfaz Cerebro-Ordenador, Brain-Computer
Interfaces (BCI’s).
