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23 abr 2016

SENSORES DEL SMARTPHONE

Sensores del smartphone que permiten usos increíbles.

Actos tan cotidianos hoy en día como tomar tu teléfono y girar su posición para acceder a un teclado más cómodo para escribir un texto, descolgar una llamada con tan sólo despegar el smartphone de tu mesa, que el dispositivo proteja el sistema operativo ante una caída accidental o que se apague la pantalla mientras estás conversando para ahorrar energía esconden una suerte de componentes mecánicos, eléctricos u optoelectrónicos que configuran toda un red de recursos de alta tecnología que nuestro dispositivo permite usar para confort del usuario.

Sensores del smartphone

Sensores del smartphone. Image iFixit

Todo empieza con una serie de sensores que sirven para transformar un parámetro físico en una salida eléctrica. Así, por ejemplo, cuando hablamos al micro de nuestro smartphone creamos una perturbación en el espacio circundante debida a la onda de presión que ejercemos al hablar. Esta onda acústica alcanza al micro en una membrana exterior a la que se fija una bobina insertada entre dos polos magnéticos opuestos (norte y sur). Por efecto de la Ley de Faraday/Lenz, cuando se varía el flujo magnético en un tiempo dado en un conductor se crea una corriente eléctrica y, esto, justamente, es lo que ocurre cuando la membrana vibra por efecto de las ondas de presión que la alcanzan, que hace que la bobina entre y salga del campo magnético en mayor o menor cuantía y más o menos veces por segundo dependiendo de la intensidad de la onda y de su frecuencia. En la salida de este dispositivo encontraremos una señal analógica eléctrica que podremos tratar para poder usarla en un paso posterior. Estas señales suelen requerir ser amplificadas para que puedan ser interpretables por posteriores dispositivos, convertidas para transformar su mensaje analógico en señales digitales discretas de modo que resulten entendibles por los dispositivos electrónicos y filtradas para eliminar ruidos o ajustar sus bandas.

Para el filtrado requerido, las matemáticas vuelven a presentarse como un aliado imprescindible y, así, la transformada discreta de Fourier (DFT) y la transformada rápida de Fourier (FFT) salen a nuestro rescate ayudando a convertir una señal discreta en el dominio de tiempo en señal en el dominio de frecuencia a la que poder aplicar filtros. Los hay muy variados en función de las prestaciones esperadas encontrando, atendiendo a las frecuencias que dejan trabajar, los  filtros paso bajo (reteniendo frecuencias sobre la marca establecida), paso alto (retenedores de bajas frecuencias) y pasadores o eliminadores de banda (selectores de frecuencias en un intervalo para que sean admitidas o rechazadas, según convenga). Una vez los datos del input han sido filtrados llega el momento de prepararlos para realizar comparaciones con un sistema marco de referencia. Para ello la señal será afectada de distintos pasos comenzando habitualmente por el enventanado que consiste en aplicar sobre la señal (por ejemplo una señal acelerométrica completa) una función acotada en el tiempo (ventana) por multiplicación con aquélla, lo que produce una señal nueva que presenta un valor nulo fuera del intervalo escogido. Esto es equivalente a la convolución del espectro deseado de la señal con la transformada de Fourier de la ventana correspondiente. A continuación, se descubre que el enventanado de la señal suele mostrar una serie de picos espurios o transitorios, sobre todo, al comienzo y al final de la ventana seleccionada y, en el caso de seleccionar ventanas adyacentes se podrían crear falsos resultados esperados al crear un solapamiento próximo de los mismos. Para mitigar este problema se recurre al suavizado de los valores extremos que presenta la ventana de tal forma que se otorga más peso a los tramos centrales que al inicio y final. Existen diversas ventanas de ponderación decreciente en extremos que conducen al suavizado de la señal (ponderación de tipo coseno alzado) encontrándose entre las más usadas para esta finalidad la Hanning, Hamming, Gaussiana, Blackman y Káiser.

Suavizado de la señal enventanada Hanning, Hamming, BlacKman, Harris, Gauss

Suavizado de la señal enventanada Hanning, Hamming, BlacKman, Harris, Gauss

En una tercera actuación se pasa a realizar una ponderación temporal, consistente en tomar varias ventanas temporales cuyos extremos se solapen quedando las muestras de los extremos de las ventanas centrales en la zona central de las ventanas adyacentes. Así se consigue reducir el efecto de la minimización de valores extremos por efecto del suavizado. Por último auxiliándonos de la transformada de Fourier se extraerán las características de la señal una vez definidos adecuadamente el número de coeficientes que proporcionarán un análisis efectivo para el propósito buscado.

Comparar los datos arrojados por el sensor con un repositorio de casos aprendidos para saber cómo actuar en función de la señal recibida es lo que corresponde al controlador, encargado de diseñar una respuesta rápida tras efectuar una comparación entre patrones. Esta respuesta puede ser del tipo, apagar el terminal, desconectar el servicio de datos, girar la visualización de la pantalla, oscurecerla, emitir una alarma, etc.

La miniaturización de los componentes en los últimos años debido al gran desarrollo de los avances nanoestructurales y la hibridación de la electrónica con la química, la metalografía y la materia  condensada para crear biosensores (como los basados en las metaloftalocianinas capaces de mediar entre las enzimas y los electrodos) ha permitido que el número de dispositivos a incorporar en un terminal pueda incrementarse notoriamente. Entre otros dispositivos más difíciles de hallar en los terminales generalistas encontramos:

Acelerómetro:

Reconoce la posición del dispositivo según la posición de 3 vectores principales ortogonales. Su componente principal es el silicio. Nos permite, junto al sensor giroscópico, que la pantalla cambie, si no tenemos bloqueada la función, al girar el dispositivo. Es el encargado de que nuestro smartphone sea una interfaz idónea para los juegos interactivos.

acelerometro

SENSORES DEL SMARTPHONE: acelerómetro

Giróscopo:

Junto al acelerómetro, permite reconocer la posición y orientación del dispositivo.

giroscoppo

SENSORES DEL SMARTPHONE: giróscopo

Barómetro:

Es el encargado de medir la presión ambiental, ideal para aplicaciones de tipo meteorológico y relacionadas con cálculos físicos atmosféricos.

barometro

SENSORES DEL SMARTPHONE: barómetro

Sensor de luz:

Se encarga de detectar la existencia de fuentes de luz y su intensidad permitiendo ajustar la atenuación de la luminosidad de la pantalla.

sensor de luz

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor de luz

Sensor de humedad:

Como su nombre indica se trata de un sensor diseñado para evaluar la cantidad de agua retenida en el ambiente hasta su saturación. Es aplicable a aplicaciones metereológicas predictivas y otras de índole física.

sensor de humedad

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor de humedad

Sensor de proximidad:

Este pequeño sensor nos reduce el consumo del terminal cada vez que hablamos pues detecta la proximidad del mismo a nuestra cara y desactiva la retroiluminación de la pantalla. También se usa, en coordinación con el acelerómetro y giróscopo para activar el “descolgado automático” si tenemos configurada la opción de descolgar al levantar el teléfono de la mesa, por ejemplo.

sensor de proximidad

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor de proximidad

Magnetómetro:

La orientación en base a los campos magnéticos permite un uso en aplicaciones de orientación, topográficas, deportivas…, pero presenta el inconveniente de mostrar ruidos eléctricos con facilidad si nos acercamos a fuentes con altas densidades férricas.

magnetometro

SENSORES DEL SMARTPHONE: magnetómetro

Termómetro:

Es uno de los encargados de detectar nuestras constantes fisiológicas ya que es capaz de determinar la temperatura corporal con tan sólo aproximar nuestra mano.

termometro

SENSORES DEL SMARTPHONE: termómetro

Sensor de UV:

Siguiendo con las aplicaciones para la salud, este sensor de radiación ultravioleta nos ayudará a saber la nocividad de la radiación que estamos sufriendo recomendándonos que nos protejamos si se supera un umbral de seguridad.

sensor UV

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor UV

Sensor de IR:

Este sensor de radiación electromagnética infrarroja es un dispositivo optoelectrónico que convierte a nuestro terminal en un mando de control universal. Puede sustituir con una sencilla programación de la interfaz al mando de nuestros electrodomésticos tomando el control del equipo de música, la TV, cambiando la temperatura del aire acondicionado o abriendo la puerta de nuestro garaje.

 sensor IR

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor IR

Sensor de huellas digitales:

Este moderno dispositivo permite ofrecer una seguridad añadida a los tradicionales métodos de encriptación electrónica ya que está diseñado para comparar una huella digital con un modelo siendo capaz de identificar un patrón de proximidad inequívoco. Esto permitirá desbloquear aquellas funciones del terminal que se afecten de datos privados o carpetas y aplicaciones restringidas.

sensor huella dactilar

SENSORES DEL SMARTPHONE: sensor huella dactilar

Oxímetro – pulsómetro:

Este sensor es capaz de detectar nuestro pulso y los niveles de oxígeno en sangre ya que ésta, al atravesar los alvéolos pulmonares se oxigena transformando la hemoglobina en oxihemoglobina y ambos compuestos presentan diferentes niveles de absorción de las diferentes longitudes de onda. Así haciendo atravesar nuestros dedos o lóbulos con sendos haces de luz roja y ultravioleta contra un fotorreceptor y discriminando el dato resultante de la luz parásita (volvemos a Fourier) podremos comparar contra un patrón preestablecido nuestros niveles.

oximetro

SENSORES DEL SMARTPHONE: oxímetro

Así la cosa, se puede aventurar un futuro tecnológicamente vinculado a nuestros dispositivos. Administraciones y empresas privadas recurren a ellos cada vez más asiduamente hasta el punto de que, en ocasiones, se prescinde del uso tradicional de un servicio en beneficio de la opción telemática. Pedir una cita médica, pagar una compra, realizar un embarque, echar gasolina, consultar tus datos registrales, moverte por la ciudad, reservar una mesa, comprar una entrada, jugar a lotería…, son sólo una muestra de lo que ya podemos realizar con la tecnología disponible. Ya en estos días las tecnologías cardiosaludables irán ganando terreno ayudando al usuario a mantener una vida más armoniosa y longeva aunque puede, como está la cosa, que no sea una decisión voluntaria.

 

Autor: JAVIER LUQUE 

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