Computación ubicua: aplicaciones tecnológicas capaces de convertir un computador en una interfaz tangible para mejorar el bienestar de los usuarios.
Ubiquitous computing: technological applications capable of turning a computer into a tangible interface to improve the well-being of users.
Doris Chicaiza Angamarca11, Javier Montaluisa2, Jaime Cajas2
1Universidad Tecnica de Cotopaxi, La Maná, Ecuador
2Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, Latacunga, Ecuador
ARTÍCULO CIENTÍFICO
RECIBIDO: 4 de febrero de 2021– VERSIÓN ACEPTADA: 28 de marzo de 2022
1Correspondiente a la autora: doris.chicaiza6508@utc.edu.ec
UTCiencia 9(1): 10-26. Enero -abril 2022
Resumen
La computación ubicua incluye todos los servicios que permiten a los usuarios interactuar con los sistemas digitales a través de interfaces naturales como movimiento o voz, sin la necesidad de un teclado o mouse en el medio. Sin embargo, el uso y aplicación de los sensores propios de dispositivos móviles no se han aprovechado las funcionalidades para mejorar la calidad de vida de las personas aplicando la tecnología ubicua. Por ello se desarrolló una aplicación móvil utilizando la librería OSGI con el objetivo de controlar una página web, archivo de office y multimedia de un computador desde un dispositivo móvil con el movimiento o rotación al eje respectivo a través del canal de comunicación de Bluetooth. Para establecer comunicación entre el computador con el dispositivo móvil de sistema operativo Android se crea una cadena de caracteres para ejecutar los diferentes movimientos y rotación de los ejes X, Y, y Z. Como resultado se implementa la aplicación móvil con la utilización de sensores propios de los teléfonos inteligentes como el acelerómetro y el giroscopio, lo cual permitirá interactuar el usuario y el computador mediante un dispositivo móvil de la siguiente manera: el movimiento al eje X permite abrir pagina web, al eje Y permite abrir el office, al eje Z se abre una aplicación multimedia; en rotación el eje X cambia de pagina web, el eje Y abre el Excel o Word, eje Z sube o baja volumen del multimedia.
Palabras claves: acelerómetro, computación ubicua, dispositivo móvil, giroscopio, OSGI, sensores.
Abstract
Ubiquitous computing includes all services that allow users to interact with digital systems through natural interfaces such as movement or voice, without the need for a keyboard or mouse in the middle. However, the use and application of the sensors of mobile devices have not taken advantage of the functionalities to improve the quality of life of people by applying ubiquitous technology. Therefore, a mobile application was developed using the OSGI library with the objective of controlling a web page, office and multimedia file of a computer from a mobile device with the movement or rotation to the respective axis through the Bluetooth communication channel. To establish communication between the computer and the mobile device with Android operating system, a string of characters is created to execute the different movements and rotation of the X, Y, and Z axes. As a result, the mobile application is implemented with the use of sensors of smartphones such as the accelerometer and gyroscope, which will allow the user to interact with the computer through a mobile device as follows: the movement to the X axis allows to open web page, the Y axis allows to open the office, the Z axis opens a multimedia application; in rotation the X axis changes the web page, the Y axis opens excel or word, Z axis raises or lowers the volume of the multimedia.
Keys words: accelerometer, ubiquitous computing, mobile device, gyroscope, OSGI, sensors.
Introducción
Una tecnología innovadora es aquella que menos se visibiliza. Si observamos nuestro entorno, la visión futurista de Mark Weiser´s que describió en su artículo “La computadora del Siglo XX/” en 1991 (Weiser, 1991), comienza a ser realidad. Mark Weiser´s presenta entornos de dispositivos electrónicos con capacidades de computación y comunicación, completamente acoplados a nuestras necesidades y al entorno en el que nos encontramos en cada momento (Vázquez, 2018), con el fin de potenciar el bienestar y facilitar la autonomía de las personas.
Mark Weiser califica a la computación ubicua como tecnología fundamental, y la computación ubica es enfocarse en la "calma". Si las computadoras van a estar en todos lados, deberían pasar desapercibidas y eso significa diseñarlas de alguna manera para que su utilización sea serena y controlada (Caserotto & Rossi, 2012).
En la actualidad, es normal conectarse a internet todos los días con fines informativos, sociales, de entretenimiento e incluso laborales y económicos. Uno de los ejemplos clave del crecimiento del internet son las redes sociales y el comercio electrónico. Cada vez es mayor la cantidad y la variedad de dispositivos que pueden conectarse a internet como teléfonos, electrodomésticos, automóviles, relojes, gafas, etc. y con nuevas tecnologías de conexión de mayor alcance y acceso como las redes 3G y LTE (Salazar & Silvestre, 2020). Ya no somos solo las personas, sino también estos objetos o cosas cotidianas de nuestro entorno quienes se conectan a la red para aprovechar sus beneficios. Internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) se trata de la conexión de dispositivos y objetos de la vida cotidiana a través de Internet, permite integrar sensores y dispositivos con objetos que quedan conectados a Internet a través de redes fijas e inalámbricas (Universidad Simón Bolívar et al., 2016).
Según Mark Weiser, en sus obras escribió que la Computación Ubicua aparecería en los años 2005 al 2020 como una nueva era tecnológica, hoy en día se está en transición de tecnologías y cada vez más gente que utiliza teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos tienen acceso al internet por tecnología wifi o telefonía 3G y 4G. Por lo antes mencionado se puede fundamentar el inicio de una era de Ubicuidad, y para el año 2025 ya no se hablará de “thin client”, pues se hablará de “thin servers” esto permitirá el acceso al internet para aparatos electrónicos de uso cotidiano en el hogar u oficina.
La idea de la computación en todas partes, no se puede dar debido al diseño y tamaño en el que se encuentran hechas las computadoras, además seria tanta la información que no se podría manejarla de manera ágil.
Por lo antes descrito Mark Weiser sugirió que los dispositivos del futuro deberían tener diseños usables y accesibles al usuario tanto en software como en hardware, siendo este último invisible para el interesado.
Explicó que se debería tomar en cuenta todo el contexto, como es el teclado, el tamaño, el diseño, el peso, dimensión de las pantallas, entre otros. La idea de crear cada uno de los dispositivos nació de observar las herramientas utilizadas para realizar tareas cotidianas. Es así que tomó la forma de los objetos de oficina y los diseño para presentarlos en un dispositivo. El primer dispositivo fue una pantalla que es un análogo de un pizarrón, el segundo fue del tamaño de un bloc notas que sería un análogo de un pedazo de papel y el tercero con el tamaño de una computadora pequeña.
El concepto de la Computación Ubicua, ha generado tecnologías ubicuas que otorgan un enfoque nuevo de la sociedad. Este tipo de tecnología tiene como finalidad hacer la vida de las personas más simples, al utilizar herramientas que posibilitan manejar información de manera sencilla, estas herramientas son dispositivos inteligentes y portátiles, a través de los cuales el usuario logra interactuar en todo momento desde cualquier ubicación (Caballero, 2018).
En el ámbito de la educación especial los alumnos discapacitados y usuarios ancianos al momento de interactuar con los entornos inteligentes demuestran la necesidad de interfaces adaptables que permitan el control de manera homogénea de dispositivos y servicios por medio de sistemas interoperables integrados en un entorno inteligente. Un ejemplo más claro es el uso de alarmas sonoras en los semáforos, las cuales son muy útiles para las personas no videntes, sin embargo, un discapacitado motriz no puede beneficiarse de ningún tipo de adaptación del medio en estos casos (Alonso, García, & López, 2018). Por ello es fundamental, que los entornos conozcan los perfiles de los usuarios para que puedan actuar autónomamente tras obtener la información necesaria para la correcta toma de decisiones, que favorezca a una persona discapacitada.
El Internet de las cosas permitirá una mejor calidad de vida, ya que tiene la capacidad de recopilar, analizar dichos datos que reunidos entre sí se puedan convertir en información importante.
Trabajos relacionados
Sensores
De acuerdo al artículo publicado por la Universidad de Temple – USA, en cooperación con la Universidad de Bejing Jiao Tin – China, mencionan que los teléfonos inteligentes tienen una serie de sensores por ejemplo de proximidad, acelerómetro, giroscopio esto hace posible que se obtenga información de un contexto y se logre incursionar en diferentes ambientes como seguridad del hogar, tratamientos médicos, transporte, entre otros, facilitando la vida de las personas (Liang, Du, & Dong, 2016).
Según estudios realizados por la Universidad de Belgrade, Serbia, desarrollan un dispositivo pequeño, portátil y móvil a batería basado en un sensor microelectromecánico que integra giroscopio y acelerómetro de tres ejes, y Digital Motion Processor, el dispositivo implementa un módulo Bluetooth para la comunicación con un dispositivo Android, para la evaluación del movimiento humano que puede usarse para la adquisición de datos durante el movimiento para estimar la cinemática en humanos con discapacidad motora (Cakic & Popovic, 2014).
Es memorable que la información expuesta por la Universidad de Gadjahmada - Indonesia en colaboración de la Universidad Teknologi Petronas desarrollaron un sistema de Internet de las cosas (IoT) para monitorear una casa de manera remota y oportuna utilizando la aplicación de teléfono inteligente. Una aplicación móvil de detección de movimiento inalámbrica está diseñada para respaldar la seguridad del hogar, utiliza una técnica inalámbrica de punto a multipunto para cada acelerómetro y sensor de nodo que se conecta a un microcontrolador (Al Fitri et al., 2019).
Este sistema será una de las soluciones prácticas de seguridad para el hogar que es eficiente y eficaz debido a las aplicaciones de Android para monitorear las condiciones de detección de movimiento en el hogar en tiempo real.
Los teléfonos inteligentes se han convertido en una tecnología importante y se ha incorporado con diversos sensores en el área médica. Un ejemplo claro es un sistema de reconocimiento de actividad y detección de caídas que utiliza sensores integrados con servicio de notificación de alarmas, el sistema utiliza diferentes valores de umbral para determinar las actividades de la vida diaria, como caminar, pararse y sentarse, que podrían detectarse erróneamente como una caída. Para la evaluación, se realiza una configuración de prueba para adquirir información de sensores de diversas posiciones (Rasheed et al., 2015).
Open Services Gateway initiative OSGi
Mucho se habla hoy en día del IOT (Internet of things), y que todos los dispositivos que cuenten con una conexión a internet pueden interconectarse entre ellos, sin embargo, se desconoce las tecnologías que permiten esta interconexión y que hace esto posible.
El framework OSGi (Open Service Gateway initiative) es una alianza de más de 58 empresas con la finalidad de especificar, crear y promover una plataforma abierta de servicios para múltiples aplicaciones y servicios. Las empresas que componen esta alianza se desempeñan en el campo de la informática, telecomunicaciones, electrónica, empresas automotrices y fabricantes de electrodomésticos.
Las especificaciones de OSGi definen un ambiente estandarizado para servicios que se encuentran en una red, donde una plataforma de servicios OSGi (funcionando como un servidor embebido) tiene la capacidad de administrar el ciclo de vida de los componentes desde el dispositivo hacia cualquier lugar en la red.
Según Valencia & Baptiste (2005), la arquitectura de OSGi se caracteriza por ser orientada a negocios, donde un operador de plataforma debe tener un punto de vista de administración de la plataforma para el préstamo de servicios a usuarios finales, también debe ser lo suficientemente detallada para que los fabricantes produzcan implementaciones robustas. Además, debe ser lo más abierta posible y no restringida, debido a que esta plataforma debe ser capaz de operar en distintos ambientes y con productos de distintos fabricantes.
De acuerdo a Rodríguez (2014), la arquitectura OSGi (Open Services Gateway Initiative) especifica una infraestructura eficiente para aplicaciones basadas en servicios que pueden ser registrados y consumidos dentro de una máquina virtual Java, estableciendo formas de crear módulos y la manera en que estos interactúen entre sí durante el tiempo de ejecución de una aplicación. Esta arquitectura es pensada para ser aplicada en redes domésticas, con su marco de trabajo que es capaz de soportar el despliegue dinámico de aplicaciones, es decir su sistema modular incluye gestión de dependencias y versionados de bundles. Proporciona a los desarrolladores un entorno orientado a servicios y basado en componentes, ofrece estándares para mejorar los ciclos de vida del software.
La arquitectura OSGi ha sido empleada en la automatización domótica, en donde con la ayuda de este diseño se pretende la descarga y puesta en ejecución de componentes en la plataforma de control domótico de forma remota, a la vez que permita realizar dicho control en varias de estas plataformas de forma simultánea en donde se permite la comunicación con diferentes protocolos domóticos, así como la integración de aplicaciones en dicha plataforma mediante una interfaz común de desarrollo.
Para Kang, Kang, Choi, & Lee (2005), OSGi se encarga de reducir la complejidad de construir y gestionar el ciclo de vida de aplicaciones en cualquier tipo de dispositivo computacional. Aporta modularidad dinámico a Java y responde a la necesidad de estandarizar la integración de software, lo que hace que se convierta en un entorno idóneo para afrontar integraciones en el desarrollo de software para construir aplicaciones a partir de pequeños componentes reutilizables y cooperativos.
Mientras que Wang, Hou, & Zhou (2016) indica que con la ayuda de las aplicaciones móviles ahora también es posible diagnosticar y monitorear en el campo de la medicina, con el uso de sensores corporales inalámbricos y dispositivo Android se puede lograr la trasferencia de datos, desplegando una interfaz gráfica para el usuario en donde se transmite señales fisiológicas que son recogidas con los sensores inalámbricos ubicados en el cuerpo, con el uso de estas herramientas lo que se pretende es mejorar en calidad de recurso la atención de salud en donde se utiliza la plataforma Android para mostrar y transmitir información de forma inalámbrica, con la finalidad de manifestar un buen rendimiento en la gestión remota de los sensores.
Para Saura,
Moreo, & Lozano (2012), indica que actualmente la aceptación de los
sistemas informáticos crece y con ello las tecnologías que centralizan
información. La pasarela de servicios OSGi proporciona todos los sistemas base
para la comunicación y gestión de sensores y componentes, pero a la hora de
desarrollar una interfaz gráfica es obligatorio implementar en cada aplicación
específica los componentes visuales como se muestra en la Figura 1, no pudiendo
gestionar todos los elementos y aspectos visuales desde un mismo módulo que
permitiría unificar el aspecto gráfico del sistema.
Figura 1.- Arquitectura OSGI
Fuente: (Saura et al., 2012)
Para Knoernschild (2012), dos de los elementos clave de las definiciones arquitectónicas son el componente y composición. En el contexto de OSGi, está claro que un módulo es un componente de software. Desarrollando un sistema con una arquitectura adaptable, flexible y mantenible requiere modularidad porque debemos ser capaces de diseñar un sistema flexible que nos permite tomar decisiones temporales basadas en los cambios que ocurren a lo largo del desarrollo. El modularidad ha sido una pieza faltante que permite acomodarnos más fácilmente a estos cambios, así como centrarnos en las áreas del sistema que exigen mayor flexibilidad. Es más fácil cambiar un diseño encapsulado dentro de un módulo que es hacer un cambio en el diseño que abarque varios módulos.
Para Choonhwa Lee, Nordstedt, & Helal, (2003), aunque OSGi puede aplicarse a varios escenarios, quizás el modelo más atractivo es la arquitectura de referencia de gestión remota. Permite a un operador administrar una gran red de plataformas de servicios y servicios de un proveedor diferente.
Los gestores remotos están en un sitio central, y se comunican con los agentes gerenciales en plataformas de servicio de objetivos remotos. Un agente gestor es un conjunto de paquetes que proporciona una gestión remota de la plataforma de servicios a su gestor remoto central. Otra característica destacable, impulsada por la industria automovilística, es la especificación de la posición de un vehículo en movimiento.
Esto nos hace pensar que a medida que la tecnología ha ido avanzando, la interoperabilidad entre dispositivos es posible a través de la arquitectura OSGi. Actualmente es posible disfrutar de diferentes contenidos distribuidos en un área a través de la red, gracias a la afinidad digital se puede lograr que computadoras y dispositivos electrónicos trabajen juntos.
La forma en que emiten mensajes los objetos inteligentes es según Ramón Rossi & Ramón Rossi (2020), la siguiente: “La solución habitual es combinar pre- diseñado o animaciones de cuadros clave captura de movimiento con animaciones de objetos simples. Otro, más general, el enfoque es utilizar un concepto de objetos inteligentes, donde la responsabilidad de la animación es compartida entre el carácter virtual y el objeto en sí mismo”. En la actualidad la mayoría de acelerómetros tienen en su interior estructuras microscópicas similares a las manecillas de un reloj, que detectan el movimiento y pueden enviar datos comprimidos de cada ciclo en los tres ejes x, y, z, mediante conexiones seriales SCL y SDA permitiendo una comunicación sincrónica, de esta manera los datos son tomados en tiempo real (Saltos, 2016, pág. 7).
Especificaciones
Aplicación Eje X.
Mediante el movimiento del eje X, permite abrir una carpeta en el computador donde se encuentran la lista de URL’s para acceder a una de ellas. Para la navegabilidad de los archivos se utiliza el sensor: Giroscopio, que servirá para subir o bajar la posición en la lista.
Aplicación Eje Y.
Mediante el movimiento del eje Y, permite abrir una carpeta en el computador donde se encuentran la lista de accesos directos de office para acceder a una de ellas.Para la navegabilidad de los archivos se utiliza el sensor: Giroscopio, que servirá para subir o bajar la posición en la lista.
Aplicación Eje Z.
Mediante el movimiento del eje Z, permite abrir la aplicación multimedia player.El sensor: Giroscopio, servirá para subir o bajar el volumen de la aplicación.
Implementación
Diseño
En la figura 2, se muestra el contexto de la aplicación, con sus respectivos elementos que permiten el control y manipulación del dispositivo.