Resumen

El proyecto consiste en una cama inteligente (anteriormente Bed-us) con el objetivo principal de reducir el estrés de las personas adultas, además de asegurar un descanso pleno y placentero, este objetivo se logra a través de una posición correcta, un placentero masaje en la espalda, temperatura de la cama, aromaterapia o humidificación del aire, música y una tenue luz.

Las posiciones de la cama se pueden modificar de acuerdo a la actividad a realizar, teniendo 5 posiciones preestablecidas, el masaje proporcionado por la cama está, dado por  movimientos circulares que varían la fuerza sobre la espalda, su recorrido va desde la espalda baja hasta los hombros o manteniéndose en la zona de elección.

La temperatura de la cama se puede ajustar por el usuario, logrando elevar o disminuir la temperatura de la superficie de la cama.

El sistema de aromaterapia, funciona a través de un humidificador ultrasónico, lo que produce una fina niebla ya sea con alguna esencia o solamente con agua, siendo en el caso de alguna esencia el aumento de sus beneficios de acuerdo al aroma elegido, y si es agua, al aumentar la humedad del aire, se disminuyen enfermedades respiratorias, muchas causadas por la sequedad del ambiente, asimismo esto ayuda a disminuir los ronquidos durante el sueño de las personas en el cuarto; la música es controlada vía

bluetooth para reproducir la música según los gustos propios; y la iluminación que puede variar de intensidad conforme a la actividad realizada, ya sea leer, dormir, ver la televisión o ir disminuyendo progresivamente.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

El estrés es una enfermedad prácticamente nueva en su concepto de esta enfermedad derivan distintos problemas, ya sean de salud, como en la parte de economía.

Se ha demostrado que en los animales, el ser humano incluido el estrés crónico aumenta las manifestaciones de envejecimiento cerebral. Los psicotraumas ocasionan mayor utilización de los servicios médicos por enfermedades psíquicas, manifestaciones corporales psíquicas, manifestaciones corporales que suelen llamarse somatizaciones o desarreglos genéticos como la diabetes mellitus, la hipertensión arterial, o el asma bronquial, problemas cardiovasculares como intestinales. El estrés también provoca el aumento del consumo de drogas y alcohol.

De acuerdo a diversas investigaciones arrojan datos donde se manifiestan la relación entre estrés y problemas sociales y económicos, por mencionar algunos:

• Como parte de la afectación en la economía. En el Reino Unido las enfermedades por estrés ocasionan millones de días productivos perdidos por ausencia al trabajo.
• En Estados Unidos se ha calculado que las enfermedades ocupacionales ocasionan perdidas equivalentes de 1% al 3% de producto interno bruto.
• La asociación Norteamericana de Cardiología que la enfermedades cardiovasculares demandan 26 700 millones de dólares anuales, también se evaluó que el síntoma dolor relacionado con estrés provocaba pérdidas por 50 mil millones de dólares anuales en EUA.
• Según las estadísticas más recientes, México encabeza la lista de países con mayor tasa de estrés laboral, con cerca de un 40% de empleados afectados, mientras que en Europa la tasa media es del 28%.

Las enfermedades por estrés han superado a las infecciones como causa de muerte.

En un estudio realizado en 1986 realizado por el Dr. Alberto Orlandini en Santiago de cuba a 100 niños con estrés mental, los resultados fueron los siguientes.

Antecedentes

Dentro del estudio de los antecedentes se considera importante mencionar los factores sociales que indujeron a que el estrés se le considerara la enfermedad del siglo XXI con el desarrollo de nuevas tecnologías trajo consigo también una transformación en la vida cotidiana, donde la sociedad es esclavo del reloj y siervos del consumismo. Se trabaja para gastar el dinero en comida y en ropa a precios que no se corresponden con el salario de un obrero promedio. Vivir atareados y bajo esa presión constante trae consecuencias y una de ellas es el estrés.

La OMS ya define el estrés laboral como una “epidemia mundial” a la luz de los datos estadísticos, que desvelan que éste particular tipo de estrés está llamado a convertirse en la nueva epidemia del siglo XXI.

Se han propuestos distintos técnicas, medicamentos y acciones para disminuir los índices de estrés, cada uno con su fundamento como relajación muscular con masaje terapéutico, meditación, tratamientos a base de bioinformación (Biofeedbak),ejercicio físico, alimentación , adaptógenos, acupuntura, aromaterapia por mencionar algunos.

Objetivo

Se pretende diseñar una cama inteligente que integre un mecanismo articulado reclinatorio, con un sistema de relajación con aromaterapia, masaje, música y luminosidad y cambio de temperatura que pueda ser controlado mediante una aplicación móvil además de llevar en conjunto un biofeedback que ayude a monitorear y el usuario este consiente de las reacciones de su organismo y lograr un autocontrol registrando diversos parámetros de su cuerpo.

Con todo este conjunto de sistemas lograr reducir el índice de estrés Con este trabajo de investigación se proponen los siguientes objetivos específicos:

-Investigar el estado del arte de las camas y colchones inteligentes existentes en el mercado; productos de relajación en relación a masajes, aromaterapia y musicoterapia.

-Desarrollo del diseño conceptual que defina los pasos necesarios para la obtención del modelo funcional, la generación de conceptos, la evaluación y por último el concepto de diseño.

-Memoria de cálculo para los diseños propuestos.

-Planos de conjunto y construcción del modelo funcional.

-Estudio económico y modelo de negocio para concluir la viabilidad y rentabilidad del proyecto.

Justificación

Partiendo de las bases expuestas anteriormente existen distintos factores de los cuales se deriva el estrés, entre ello se encuentra, problemas  psicológicos, mala alimentación, estrés metabólico, estrés por factores ambientales, estrés laboral, si bien este último caso es el que nos interesa por ser un factor que abarca un gran porcentaje de este problema.

Efectos del estrés laboral

El estrés laboral afecta de forma diferente entre cada persona.

El estrés laboral puede dar lugar a comportamientos disfunciones y no habituales en el trabajo y contribuir a la mala salud física mental del individuo. En casos extremos el estrés prologado o los acontecimientos laborales traumáticos pueden originar problemas psicológicos y propiciar trastornos psiquiátricos que desemboquen en la falta de asistencia al trabajo e impidan que el empleado pueda volver a trabajar.

Cuando el individuo está bajo estrés le resulta difícil mantener equilibrio saludable entre la vida laboral y la vida no profesional; al mismo tiempo puede abandonarse a actividades poco saludables como el consumo de tabaco, alcohol y drogas.

Cuando está sometido a estrés laboral, e individuo puede:

• Estar cada vez más angustiado e irritable
• Ser incapaz de relajarse o concentrarse
• Tener dificultades para pensar con lógica y tomar decisiones
• Disfrutar cada vez menos de si trabajo y sentirse cada vez menos comprometido con este
• Sentirse cansado deprimido e intranquilo
• Sufrir problemas físicos graves como

1. Cardiopatías
2. Trastornos digestivos
3. Aumento de tensión arterial y dolor de cabeza
4. Trastornos musculo esqueléticos (lumbalgias trastornos de miembros superiores)

Por lo mencionado anteriormente es necesario el desarrollo del sistema para lidiar con el problema.

Hipótesis

La posible solución al problema de estrés laboral es la realización de un conjunto de sistemas electrónicos y mecánicos que permitan reducir y monitorear los efectos del estrés.

Método (materiales y procedimiento)

Para llevar a cabo un desarrollo correcto y completo del presente proyecto es necesario aplicar los diferentes conocimientos obtenidos en cada una de las ramas de la ingeniería que son necesarias para la funcionalidad del mismo (electrónica, biónica, mecatrónica). La aplicación de la experiencia y de los conocimientos adquiridos a lo largo de la formación profesional de cada uno es por lo tanto fundamental, el uso de diferentes software y nuevas tecnologías a nuestro alcance es de igual manera un pilar fundamental para desarrollarlo de manera satisfactoria.

Para el desarrollo del proyecto se comienza con diseños, bosquejos y pequeños bocetos a mano los cuales después son elaborados en el software más utilizados hoy en día gracias a su versatilidad y a la gran precisión con que cuentan cada uno de ellos, software tales como AutoCAD y SolidWorks.

Además un punto a destacar en la realización del diseño fueron los análisis de fuerzas, tanto en la resistencia de materiales, como en la potencia requeridos en los sistemas mecánicos.

Otra parte importante a desarrollar para Cama Gravity-01 es el control electrónico y el suministro de potencia eléctrica para el mecanismo principal de la cama así como el de masaje, una herramienta fácil de usar pero igualmente potente y precisa es el software Proteus, el cual al combinarlo con un poco de análisis y modelos matemáticos definidos dan como resultado una idea clara sobre las maneras más eficientes de crear un circuito de control y suministro de energía que sea eficiente en cuanto a consumo y en cuanto a su funcionalidad.

Toda la parte de control y suministro eléctrico es tan importante como el diseño de estructura y de un buen mecanismo por lo que asegurar un perfecto funcionamiento del mismo es prioridad a la hora del desarrollo de Cama Gravity-01.

Finalmente para el desarrollo de la aplicación que se tiene planeada se puede recurrir a diferentes medios existentes, por simplicidad las pruebas se hacen con ayuda del sistema operativo Android y el desarrollo de su correspondiente APK con ayuda de una plataforma creada por el MIT llamada Appinventor la cual es de gran utilidad por su entorno amigable y sencillo para el usuario, donde la forma de programación en la misma es fácil y rápida de entender y usar.

Diseño

Se realizaron distintos diseños que pudieran orientar el proyecto a un margen de costo menor a lo que actualmente se encuentra en el mercado.

Los diseños variaron desde trenes de engranes, sistemas hidráulicos, motores lineales y mecanismos de tornillo sin fin, cada uno con su respectiva evaluación de costos de manufactura.

El diseño actual está pensado a base de materiales comercialmente fáciles de adquirir, para este diseño se usó una base matemática y física mayor a lo que anteriormente se había realizado para poder obtener un mejor aprovechamiento de potencia, con una reducción de esfuerzos y además de un sistema innovador en este ámbito que permite y facilita su producción además de tener un costo muy bajo a comparación de las camas ya comerciales.

Este último diseño fue pensado como un mecanismo que funcione con motores simples (motorreductores), de un tamaño mediano y un consumo de corriente eléctrica poco elevado, tornillos de potencia y soportes móviles con rodamientos para dejar a un lado los costosos motores lineales y actuadores eléctricos, hidráulicos o neumáticos que son los que comúnmente se utilizan y que además de tener un elevado costo regularmente requieren de la implementación de algunos otros subsistemas.

Potencia del motor

Una de las características más importantes a considerar es la potencia del motor ya que esta cantidad nos va a indicar diferentes factores, como el consumo neto de energía por cada uno de los motores del sistema en base a las cargas que ha de soportar (las cuales van dadas por parámetros directos del mecanismo y por la variación del peso del ocupante por lo que los datos utilizados son solo de referencia), a partir de aquí podemos calcular también la velocidad angular del motor y el tiempo en que se lograrán las diferentes configuraciones de inclinación deseadas.

Soportes

Las cargas en cada uno de los soportes son de vital importancia para el diseño del mecanismo y de la estructura en sí, ya que en base a la carga se define el material más óptimo a utilizarse, así como las medidas más recomendables para los mismos.

Electrónica

Uno de los puntos fundamentales a tratar en el diseño de la parte de control electrónico es un circuito de control que nos permita establecer una comunicación entre el motor y el microcontrolador para poder así controlar a voluntad el motor en cuanto a su sentido de giro y tiempos activos e inactivos de forma completamente autónoma. Se necesita por lo tanto un acoplamiento eléctrico que nos permita controlar elevadas potencias (del motor) a partir de pulsos débiles (provenientes del microcontrolador).

Control

Gravity-01 para su primera edición  utilizará sensores, botones, entre algunos otros dispositivos de entrada, al igual que se utilizan actuadores, motores indicadores, los cuales se declaran en las salidas del micro controlador.

Gravity-01 proporciona  seis posiciones de las cuales el usuario puede elegir, serán controladas con un control remoto las cuales ya están programadas en el micro controlador.

Sistema de masaje

El sistema de masaje basado en la técnica japonesa shiatsu, a través de movimientos circulares que varían la fuerza sobre la espalda recorriendo de la espalda baja hasta los hombros o manteniéndose en la zona de elección. De igual manera se realizaron cálculos de potencia de motor así como del sistema mecánico para el desplazamiento.

Dicho sistema continua aun en fase de mejoras en el desarrollo de nuevas propuestas que puedan economizar el sistema.

Sistema de calefacción

La idea que se tiene hasta ahora a cerca del sistema de calefacción es utilizar una tubería de plástico a través de la cual ha de fluir agua a altas temperaturas, por lo que se debe diseñar un sistema de bombeo y almacenamiento de agua para mantenerla fluyendo de manera constante además de un calentador eléctrico que nos permita variar la temperatura del agua a nuestro gusto, esto se logrará a través del sistema de control de la cama y mediante señales digitales o analógicas proporcionadas por sensores de temperatura.

Sistema de aromaterapia

El sistema de aromaterapia continua en estado de desarrollo la parte de cambio de fragancia, al igual que la implementación con el sistema completo para que se vuelva en un conjunto, por el momento se tiene el circuito con el dispositivo ultrasónico humificador donde el agua trata de seguir el movimiento de alta frecuencia de oscilación del cristal (1,65 MHz) un vacío momentáneo se crea en la oscilación negativa del cristal en el que el agua cavita en vapor. A continuación, en la oscilación positiva, ondas de alta presión forzar el agua a través de cavidades de la superficie del agua como una neblina muy fina (aproximadamente 1 micra), que se absorbe fácilmente en el flujo de aire.

Galería Método

Resultados

El proyecto físico aún se encuentra en fase de desarrollo, por lo tanto aún no se puede obtener muestras de usuarios que puedan proporcionar datos de los beneficios que este proyecto pudiera otorgar.

Galería Resultados

Discusión

A diferencia de otras investigaciones (que se enfocan en factores psicosociales del individuo) en éste proyecto solo se enfocará en la fase final del estrés, para prevenir el paso a la enfermedad derivado de este, mediante el sistema tecnológico creado. Partiendo de aspectos externos que puedan propiciar el estrés.

El objetivo principal es la prevención de manifestaciones físicas y fisiológicas de la enfermedad.

Conclusiones

Finalmente el estrés es un problema que actualmente está afectando a la población y de quien se derivan distintas enfermedades. Y siendo en la sociedad moderna donde este problema se ha manifestado a gran escala, por lo que es importante lidiarlo, y es por esto que se le ve relevancia el diseño de unos sistemas electromecánicos que beneficie a dicha sociedad.

Una vez tratando el estrés puede ayudar a tratar los problemas de economía y laborares anteriormente mencionados.

Bibliografía

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Angeli. M. (s/a). Cómo tratar el insomnio. Soluciones que van más allá de la dependencia de drogas. Estados unidos. Flower society Recuperado de http://www.flowersociety.org/espanol/insomnia-spanish.htm

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography