Agregue fácilmente el reconocimiento de gestos como una interfaz sin contacto para entornos concurridos y ruidosos

Incluso antes de la pandemia, el reconocimiento de gestos tuvo mucho éxito como ayuda para las personas con discapacidad visual, así como para las plataformas de juego, los automóviles y los quirófanos de uso médico. El mayor énfasis en la higiene en el espacio público no ha hecho más que reforzar esa atracción, ya que tratamos de evitar las interfaces de contacto con el público siempre que sea posible.

Tal cambio ha presentado a los ingenieros un desafío: mucha tecnología se basa en la interacción humana masiva, pero es difícil mantener esa interacción si se evita y se desalienta de forma activa el contacto físico en muchos de los casos. La tecnología de interfaz sin contacto ofrece una solución.

Ya se utilizan varios métodos sin contacto, como las pantallas táctiles de proximidad (en las que el dedo se acerca pero no toca la pantalla), el seguimiento ocular, la tecnología inalámbrica de corto alcance y el reconocimiento de voz. Sin embargo, la aplicación de estas diversas tecnologías se limitaba a aplicaciones especializadas, como los centros médicos, en los que el control de las infecciones siempre ha sido una preocupación, los lugares de trabajo industriales, en los que los operarios solían llevar guantes, y los puntos de acceso autorizados, en los que se necesitaba un grado adicional de seguridad. Para la mayoría de las otras aplicaciones, era más simple y menos costoso instalar un panel táctil.

Además, debido a que las interfaces sin contacto eran una tecnología relativamente específica, el desarrollo fue lento y las soluciones tendían a ser torpes y poco adecuadas para un uso intensivo. La pandemia ha proporcionado el catalizador para una nueva ola de innovadores productos de interfaz sin contacto, algunos de los cuales han demostrado ser ideales para vías concurridas y espacios públicos ruidosos, desde el centro de las ciudades hasta los vestíbulos de los hoteles.

¿Por qué utilizar el reconocimiento de gestos sin contacto?

Cada tecnología sin contacto tiene sus ventajas, pero podría decirse que el reconocimiento de gestos sin contacto es el mejor en situaciones públicas de gran volumen. La tecnología supera la necesidad de colocar los dedos con cuidado, como es necesario para las soluciones de proximidad, de llevar las tarjetas táctiles o los llaveros exigidos por las soluciones inalámbricas de corto alcance, o de hablar lo suficientemente alto como para superar el ruido ambiental cuando se utiliza el reconocimiento de voz en zonas concurridas. El reconocimiento de gestos también es de implementación relativamente simple y económica, y ofrece una buena confiabilidad.

Los sistemas de reconocimiento de gestos sin contacto detectan los movimientos del cuerpo, como el movimiento de la mano o el deslizamiento, y los interpretan como instrucciones o comandos. El método funciona mediante la detección de las diferencias de luz producidas por el movimiento de la mano en el aire, a través de cámaras o sensores de luz visible o infrarroja (IR).

Si bien puede llevar algunos ciclos de diseño poner en marcha un nuevo diseño, los diseñadores deben saber que no tienen que empezar desde cero. Analog Devices, por ejemplo, proporciona un diseño práctico de referencia para un sistema económico de reconocimiento de gestos. La placa de evaluación EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod transmite pulsos IR mientras dos sensores IR buscan los reflejos de una mano en movimiento (Figura 1). Luego, el diseño de referencia detecta esta luz y genera una respuesta basada en la posición del objeto.

Figura 1: La placa de evaluación EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod es un buen punto de partida para experimentar u obtener un nuevo diseño; un LED IR transmite pulsos mientras dos sensores IR buscan reflejos de una mano en movimiento. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

Seguimiento de los gestos de la mano

No basta con que el sistema sepa que una mano se mueve por el espacio que rodea la interfaz sin contacto. La mayoría de los sistemas requieren un patrón definido de movimientos de la mano para evitar activaciones falsas. Un patrón típico de movimientos de la mano implica detectar el comienzo de un gesto, seguir el movimiento de la mano durante el gesto e identificar el final del gesto.

La placa de evaluación del sensor de gestos cumple este requisito mediante el uso del sensor de ángulo de luz IR ADPD2140 de Analog Devices para recoger la luz incidente de la mano en movimiento. Un solo dispositivo puede medir en dos ejes y en un solo punto los ángulos de incidencia de la luz IR, lo que permite que varios dispositivos trabajen juntos para triangular la distancia. Mejor aun, los sensores de ángulo de luz IR son muy intolerantes con la alineación imprecisa de la mano porque mantienen una respuesta lineal dentro de un amplio campo de visión angular (±35°).

Otra ventaja clave al usar el sensor de ángulo de luz IR ADPD2140 es que tiene un filtro óptico incorporado con un corte nítido para la luz visible. Esto elimina la necesidad de lentes externos y preserva el rango dinámico del sensor cuando se coloca bajo la luz del sol o la iluminación interior. El filtro está configurado para luz con una longitud de onda de 800 nanómetros (nm), por lo que el LED que produce los pulsos IR debe emitir una luz por encima de esta longitud de onda para que se detecten los gestos. En el diseño de referencia, por ejemplo, un solo emisor de 850 nm sirve como fuente de luz IR. La fuente de luz se coloca a 6 milímetros (mm) del primer sensor y a 19  mm del segundo (Figura 2).

Figura 2: En el diseño de referencia EVAL-CN0569-PMDZ, un solo emisor de 850 nm sirve como fuente de luz IR. La fuente de luz se coloca a 6 mm del primer sensor y a 19 mm del segundo. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

Apagar las luces

En aplicaciones como un dispensador de tickets de aparcamiento, basta con mover la mano delante del sensor para activar la máquina. Sin embargo, otras aplicaciones pueden requerir movimientos de manos separados para hacer cosas diferentes. Por ejemplo, un interruptor de luz sin contacto puede requerir un movimiento de la mano hacia arriba para encender las luces y hacia abajo para apagarlas.

Mediante el uso de dos sensores, la placa de referencia puede determinar el movimiento a medida que la mano atraviesa el cono de detección de cada sensor. Pero además, los sensores pueden determinar qué tipo de movimiento de la mano se está realizando. Por ejemplo, el barrido hacia arriba de una mano se puede seguir y distinguir fácilmente de un barrido hacia abajo (Figura 3).

Figura 3: Posición angular de la mano que realiza un movimiento "hacia arriba" y luego "hacia abajo" según lo detectado por los sensores IR de la placa de evaluación. Observe cómo el movimiento angular horizontal (XSTART1 > XEND1 y XSTART2 > XEND2 en azul) está limitado mientras que el movimiento angular vertical (YSTART1 > YEND1 e YSTART2 > YEND2 en púrpura) muestra un aumento en la posición angular en la carrera ascendente y una disminución en la carrera descendente. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

El siguiente paso es conectar la pizarra a una computadora y observar cómo aparecen determinados gestos en la pantalla. Luego, cada uno de estos gestos se puede codificar dentro de la plataforma de desarrollo asociada para indicarle a la interfaz sin contacto que realice una determinada función.

Conclusión

El reconocimiento de gestos sin contacto es una buena opción para una interfaz en lugares públicos ruidosos y concurridos, ya que los diseñadores buscan satisfacer la demanda de formas más higiénicas de interactuar con los sistemas electrónicos. Como se ha demostrado, no es necesario empezar de cero. En su lugar, comience con un LED IR y un diseño de sensor relativamente económicos, que pueden detectar el movimiento de la mano y gestos específicos, utilizando la placa de evaluación EVAL-CN0569-PMDZ Gesture Sensor Pmod.