Prototipado de un dispositivo portátil para la medición de actividad muscular

Abstract

La actividad muscular es una de las áreas de mayor campo de estudio debido a los diferentes acercamientos hacia su medición. Muchos sensores de actividad musculares se basan en biomarcadores, mientras otros centran su enfoque hacia los campos eléctricos. Técnicas modernas recaen en métodos invasivos o poco fiables para la recolección de datos biométricos. La gran mayoría de estos fallan en presentar la información adquirida. Esto representa una carencia para aquellas personas que busquen aumentar masa muscular y que busquen un dispositivo que facilite este proceso. Una de las perspectivas más prometedoras que surgen es la de un acercamiento mecánico, para el cual únicamente se recolecta data en base a cambios por la deformación del sensor debido a un estímulo externo. A lo largo de este trabajo se busca explorar la aplicación de la galga extensiométrica simulando la superficie muscular utilizando una viga en voladizo de plástico. Para explorar la aplicabilidad del sensor, se estableció un sistema de medición, compuesto de un circuito puente de Wheatstone en conjunto con un microcontrolador con un convertidor de analógico a digital (ADC, por sus siglas en inglés) de 12 bits y la implementación del filtro digital leaky integrator. El resultado fue la transducción de una variabilidad en resistencia de 1.1 Ω hacia un cambio de voltaje de 2.9 mV. Implementado, además, una caracterización con un display, la deformación del sensor se manifestó como variaciones notorias en escala de mV. Finalmente, el sistema se presentaría en una placa de circuito impreso (PCB, por sus siglas en inglés) de 5 × 5 cm. Además, se destacó la capacidad del microcontrolador de enviar la data de manera inalámbrica a 27.46 paquetes/segundo.

The field of muscle activity is a major area of study due to different approaches toward its measurement. Many muscle activity sensors are based on biomarkers, while others shift their focus toward electrical fields. Modern techniques rely on invasive or unreliable methods for the collection of biometric data. The vast majority of these methods fail to present the acquired information effectively. This represents a deficiency for individuals seeking to increase muscle mass who require a device to facilitate this process. One of the most promising emerging perspectives is the mechanical approach. This method relies on collecting data based on changes due to the sensor’s deformation from an external stimulus. Throughout this work, the application of the strain gauge is explored by simulating the muscle surface using a plastic cantilever beam. To explore the applicability of the sensor, a system was established, consisting of a Wheatstone bridge circuit combined with a 12- bit analog-to-digital converter (ADC) microcontroller and the implementation of the digital Leaky Integrator filter. The result was the transduction of a resistance variability of 1.1 Ω into a voltage change of 2.9 mV . Furthermore, implementing a characterization system with a display, the sensor’s deformation was made perceptible as changes on the mV scale. Finally, the system was implemented on a 5 × 5 cm printed circuit board (PCB) to ensure its portability. Additionally, the microcontroller’s capacity to send data wirelessly at 27.46 packets/second was demonstrated.