Diseño de un sistema ciberfisico aplicado al ámbito de la salud

Resumo

Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) tienen la capacidad de coordinar el tratamiento de datos y sistemas de comunicación con el seguimiento y control de las entidades que se encuentran en el entorno físico. Los ejemplos de CPS incluyen sistemas de conducción autónoma, sistemas de monitorización médica, modelos de consumo energético inteligente, sistemas de control de procesos, monitorización de procesos de fabricación, monitorización de infraestructuras y carreteras, sistemas de robótica, domótica y pilotos automáticos aeronáuticos. Estos sistemas están formados por un conjunto de dispositivos como: sensores, unidades de procesamiento, dispositivos de comunicación y en muchos casos servicios en la nube. Debido a la naturaleza de los distintos tipos de hardware un CPS puede estar formado por múltiples dispositivos con diferentes arquitecturas, protocolos e interfaces y en una gran parte de los casos los CPS son sistemas híbridos y distribuidos. Esta tesis presenta el diseño de un CPS centrado en el entorno de la salud. El CPS consta de un armario inteligente de cocina. Este armario posee internamente una placa de procesamiento Raspberry PI que se encarga de recopilar las aperturas y los cierres que se efectúen en este. La función principal del armario es estimar síntomas de aparición de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. La tesis también presenta otros elementos en la elaboración de un CPS como medidas de seguridad para evitar ataques de denegación de servicios (DoS) de tal manera que el normal funcionamiento no se vea comprometido. Otro elemento que se tiene en cuenta es la manera de interactuar con el usuario, el cual es objeto de estudio según el tipo de usuario que esté usando el CPS. Finalmente se propone un modelo de consumo energético, el cual se basa en la rutina del usuario para efectuar un consumo de energía en los momentos más álgidos del día en relación a la rutina diaria del usuario. El CPS fue evaluado en un entorno acondicionado y controlado con 23 participantes voluntarios. La fase de evaluación se realizó en 2 pasos en los cuales los voluntarios tuvieron que memorizar y extraer alimentos según el examinador iba indicando, en cada paso se usaron 15 tipos de alimentos distintos. Una vez que se realizaron todas las extracciones cada voluntario tuvo que realizar un test bien conocido de caras y nombres. En este test los participantes deben recordar una cara asociada a un determinado nombre. Un total de 30 caras y nombres son visionados por los voluntarios de manera que cada pareja debe ser memorizado. La etapa final del test de caras y nombres consistió en preguntar a qué cara le pertenece un nombre de 4 posibles. Una vez los resultados de ambos test fueron obtenidos, se contrastaron mediante varios test estadísticos. El resultado arrojó una correlación estadísticamente significativa, esto significa que al ser el test de caras y nombres un test bien conocido y comprobado para medir la memoria, el CPS presentado también posee la misma características. Finalmente, en la tesis se expone cómo los componentes interactivos, eléctricos y de seguridad son diseñados y acoplados para obtener el CPS propuesto. Esta Tesis Doctoral se presenta como compendio de publicaciones editadas, de acuerdo al extracto de 25/06/2020 del Consejo de Gobierno de la Universidad de Zaragoza por el que se aprueba el Reglamento Sobre Tesis Doctorales (Título IV, Capítulo III, artículo 20).