This project focuses on the development of an Intelligent Detection and Alert System designed to prevent burns within the domestic environment. With the goal of protecting the most vulnerable population, a prototype was implemented that combines detection technology with an effective alarm system. The core of the system is composed of a series of strategically placed motion and temperature sensors. These sensors work in a coordinated manner to monitor the home environment in real-time, proactively identifying risk situations.
When the sensors simultaneously detect a flame (through a significant increase in temperature) and motion in a dangerous area, the system interprets this combination as a potential risk situation. This dual verification is crucial to avoid false alarms, ensuring that the alert is only emitted when there is a real threat. Upon detecting this combination, the prototype immediately activates an alarm, alerting adults in the home so they can intervene quickly and prevent a burn.
This preventive approach not only seeks to minimize the occurrence of accidents but also offers an accessible and efficient technological tool to improve safety in homes with young children. The project demonstrates the viability of using technology to create safer environments.
Se sistema inteligente kitekiuia sensores de movimiento uan temperatura para amo ma tlatla ipan maseualmej tlen amo tleno kinpanos. Kemaj kiita se tlasentilistli tlen mojmolinijtok uan se tlauel totonik, nopa sistema kichijtok se alarma. Ni prototipo kineki ki chiuas ma ax tlauel tlaijiyouikaj ipan ininchaj, kinextia nopa tecnología tlen ika uelis kichijchiuas se tlali tlen amo tleno panos.
Las quemaduras en el hogar representan un riesgo significativo, especialmente para personas vulnerables como niños, adultos mayores o personas con discapacidad. Este proyecto presenta un sistema inteligente de detección y alerta diseñado para prevenir estos accidentes mediante sensores térmicos y notificaciones móviles. Al integrar tecnología accesible con una interfaz intuitiva, se busca proteger a los usuarios en tiempo real, promoviendo entornos domésticos más seguros y conscientes
Justificación
Las quemaduras en el hogar son una de las principales causas de accidentes infantiles a nivel mundial. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), las quemaduras son una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en niños menores de cinco años. Estos accidentes no solo causan dolor y trauma físico inmediato, sino que también pueden llevar a consecuencias a largo plazo como cicatrices permanentes, desfiguración, limitaciones funcionales y un impacto psicológico significativo en el niño y su familia. La mayoría de estas quemaduras ocurren en la cocina y el baño, donde los niños pequeños tienen fácil acceso a superficies calientes, líquidos hirviendo y vapores. A pesar de las campañas de concientización, la falta de supervisión constante o un simple descuido de un segundo pueden ser suficientes para que ocurra una tragedia.
Las medidas de prevención actuales, como los protectores de estufa, los termos de seguridad y la supervisión constante, aunque útiles, no son infalibles. Los protectores de estufa no siempre cubren todas las superficies peligrosas, y un momento de distracción por parte de los padres o cuidadores es suficiente para que un niño alcance un objeto peligroso. Además, las soluciones existentes no ofrecen una alerta proactiva y en tiempo real que pueda mitigar el riesgo antes de que ocurra el daño. Esto resalta la necesidad de una solución tecnológica innovadora que complemente las medidas de seguridad tradicionales, brindando una capa adicional de protección.
Nuestro proyecto propone el desarrollo de un Sistema Inteligente de Detección y Alerta. A través del uso de sensores de temperatura, el sistema identificará de manera precisa y automática la presencia de niños cerca de zonas de riesgo. Una vez que detecte una situación de peligro inminente, el sistema activará una alerta sonora inmediata, además de enviar una notificación al teléfono móvil del cuidador. Esta capacidad de detección temprana y alerta instantánea distingue a nuestra propuesta de las soluciones actuales, ya que busca intervenir en el momento crítico, antes de que las personas vulnerables entre en contacto con la fuente de calor. La integración de la inteligencia artificial permitirá que el sistema aprenda y se adapte a los patrones de movimiento del hogar, mejorando su precisión con el tiempo y minimizando las falsas alarmas.
La implementación de este sistema tendría un impacto social y de salud pública considerable. No solo reduciría la incidencia de quemaduras en el hogar, disminuyendo así la carga sobre los sistemas de salud, sino que también proporcionaría a los padres y cuidadores una herramienta de seguridad invaluable, otorgándoles mayor tranquilidad. Al prevenir lesiones graves, este proyecto contribuiría a mejorar la calidad de vida de los niños, personas vulnerables y sus familias, evitando el trauma físico y emocional asociado a las quemaduras. En última instancia, nuestro proyecto tiene el potencial de salvar vidas y mejorar la seguridad en el hogar para la población infantil.
El proyecto es técnicamente viable gracias a la disponibilidad de tecnologías como el aprendizaje automático, los sensores infrarrojos y los dispositivos de bajo costo. Nuestro equipo cuenta con los conocimientos necesarios en electrónica, programación y diseño de sistemas para llevar a cabo el desarrollo y la implementación del prototipo. Nos enfocamos en crear un sistema accesible y fácil de usar, lo que facilitaría su adopción masiva. Nuestro objetivo final es desarrollar un prototipo funcional que pueda ser validado y, en el futuro, convertirse en un producto comercial que transforme la seguridad en el hogar.
En el país las quemaduras son la tercera causa de muerte en infantes, después de los accidentes de tránsito y los ahogamientos. Según el INEGI al año ocurren en promedio unos 128 mil casos y según datos de la Fundación Michou y Mau el 30 por ciento de los niños quemados tiene entre uno y cuatro años de edad.
El Dr. Velez Palafox médico Cirujano del Hospital ABC indicó que el grado de la lesión depende de la afectación: las quemaduras de primer grado se pueden atender en casa con cremas o pomadas humectantes para disminuir el dolor; en la mayoría de los casos se deben a la exposición solar. Las de segundo y tercer grado se definen en función de la extensión y profundidad del área comprometida y requieren apósitos especiales que ayudan a la reconstrucción de la piel o bien un injerto en caso de heridas graves.
El diseño y la implementación de un sistema inteligente que detecta simultáneamente la operación de la estufa y la proximidad de un niño o persona vulnerable a ella, y que envíe alertas inmediatas a un dispositivo móvil, disminuirá significativamente el riesgo de quemaduras en infantes y personas vulnerables en el hogar al permitir una intervención oportuna por parte de los adultos cuidadores
Desarrollar e implementar un sistema inteligente de detección y alerta temprana, basado en tecnologías como visión artificial y sensores térmicos, para prevenir quemaduras en niños y personas vulnerables dentro del hogar, alertando a los cuidadores de situaciones de riesgo inminente.
Diseñar y construir el prototipo del sistema: Crear un prototipo funcional que integre el hardware (sensores) y el software para detectar fuentes de calor peligrosas y el movimiento de los niños.
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Diseñar y construir el sistema de alerta: Implementar un mecanismo de notificación que pueda enviar alertas en tiempo real a los cuidadores a través de una aplicación móvil, una alarma sonora o una luz de advertencia.
Realizar pruebas y validar la eficacia del sistema: Poner a prueba el prototipo en un entorno controlado para medir su precisión y tiempo de respuesta en la detección de riesgos, y ajustar los parámetros para mejorar su rendimiento.
ODS 3: Salud y Bienestar: El proyecto contribuye directamente a este objetivo al reducir la incidencia de quemaduras en niños, mejorando así la seguridad y la salud en el hogar. La prevención de accidentes infantiles es una parte fundamental de la promoción del bienestar y la reducción de la morbilidad por causas evitables.
ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles: Al mejorar la seguridad en los hogares, el proyecto contribuye a crear entornos de vida más seguros y resilientes. Un hogar seguro es el pilar de una comunidad sana y sostenible.
ODS 16: Paz, Justicia e Instituciones Sólidas: Aunque parece menos directo, la seguridad y el bienestar de los niños son derechos fundamentales. Al proporcionar una herramienta para la protección infantil, el proyecto apoya el principio de protección de los derechos de los más vulnerables y promueve una sociedad más justa y segura.
El estado de la técnica en la prevención de quemaduras en el hogar ha evolucionado desde medidas físicas pasivas a soluciones tecnológicas activas. Las estrategias tradicionales se han centrado en la protección física y la concientización. Esto incluye el uso de protectores de estufa, barreras de seguridad, tapas de seguridad para enchufes y la promoción de prácticas seguras entre los cuidadores. Sin embargo, estas medidas son insuficientes, ya que su efectividad depende de la constante supervisión humana, que es vulnerable a las distracciones y el cansancio.
En los últimos años, ha habido un creciente interés en el desarrollo de sistemas inteligentes y automatizados para la seguridad en el hogar. La convergencia de tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT), la visión por computadora y los sensores de bajo costo ha abierto nuevas posibilidades.
Sistemas de monitoreo basados en sensores: Existen prototipos que utilizan sensores de temperatura, humedad y gases para detectar riesgos de incendio, pero no están diseñados específicamente para identificar la proximidad de personas vulnerables, como niños.
Visión por computadora: La detección de objetos en tiempo real, mediante cámaras y algoritmos de aprendizaje automático (Machine Learning), se ha convertido en una herramienta poderosa. Proyectos de investigación han demostrado la capacidad de estos sistemas para identificar a personas, mascotas y objetos de riesgo en videos, lo que puede adaptarse para prevenir accidentes.
Sistemas de alerta inteligentes: La integración de estos sensores con aplicaciones móviles permite enviar notificaciones inmediatas a los cuidadores, superando las limitaciones de las alarmas sonoras tradicionales.
El proyecto se llevará a cabo siguiendo una metodología de desarrollo ágil, lo que permitirá mejorar el prototipo de forma continua. El proceso se divide en las siguientes etapas clave:
Fase de Planificación y Diseño (Análisis y Concepto):
Definición de Requisitos: Identificar los sensores y componentes de hardware necesarios
Diseño del Sistema: Planificar la interconexión de los componentes. El sistema se dividirá en: el módulo de detección (sensores), el módulo de procesamiento (donde se ejecuta el algoritmo), y el módulo de alerta (conexión Wi-Fi y aplicación móvil).
Selección de la Tecnología: Elegir el modelo de visión por computadora y el tipo de sensor térmico más adecuado para la detección de calor en estufas.
Fase de Desarrollo y Prototipado (Implementación):
Construcción del Hardware: Ensamblar los sensores y microcontrolador. Se diseñará un prototipo compacto y seguro.
Desarrollo del Software:
Captura de Datos: Programar el microcontrolador para leer datos de los sensores de temperatura.
Entrenamiento del Modelo: Recopilar y etiquetar un conjunto de datos para entrenar el modelo de visión por computadora. Este paso es crucial para minimizar las falsas alarmas.
Lógica de Alerta: Desarrollar el código que, al detectar simultáneamente calor y la proximidad de un niño, active la alarma sonora y envíe una notificación a la aplicación móvil.
Para el prototipo de este sistema inteligente, el hardware se diseñó para ser compacto y seguro. Los componentes principales son un sensor de movimiento y un sensor de temperatura. Estos se ensamblan y conectan a un microcontrolador, que actúa como el cerebro del sistema.
Sensor de Movimiento (PIR): Se puede usar un HC-SR501 o AM312 para detectar si hay una persona (un niño, en este caso) cerca de la estufa.
Sensor de Temperatura (Térmico): Se puede usar un DS18B20 o LM35 para medir el calor y confirmar que la estufa está encendida.
Microcontrolador: Un Arduino Uno es una excelente opción por su facilidad de uso, pero un ESP32 es ideal si se necesita conectividad Wi-Fi para enviar alertas al celular. Una Raspberry Pi 4 también podría usarse para proyectos más complejos.
Todos estos componentes se conectan a una protoboard con cables jumper para facilitar las pruebas. El sistema se alimenta con una fuente de 5V o una batería recargable, como una 18650.
Desarrollo del Software
Una vez que el hardware está ensamblado, el siguiente paso es programar el sistema para que funcione de manera inteligente. El software se divide en tres partes clave:
Captura de Datos: Se programa el microcontrolador para leer de manera continua los datos de los sensores. Esto incluye la detección de movimiento del sensor PIR y la lectura de temperatura del sensor térmico.
Entrenamiento del Modelo: Se recopila y etiqueta un conjunto de datos (por ejemplo, imágenes de niños, adultos, estufas encendidas, etc.). Con esta información, se entrena un modelo de visión por computadora para que aprenda a reconocer y diferenciar estos elementos, lo que es crucial para evitar falsas alarmas.
Lógica de Alerta: Aquí es donde se define la “inteligencia” del sistema. Se desarrolla el código que, al recibir una señal del sensor de movimiento y una lectura de alta temperatura al mismo tiempo, interpreta la situación como un riesgo. Cuando esto sucede, activa la alarma sonora (a través de un LED o un altavoz) y envía una notificación a una aplicación móvil para alertar al cuidador inmediatamente.
Fase de Pruebas y Validación (Evaluación):
Pruebas en Entorno Controlado: El prototipo se probará en un laboratorio o un entorno simulado de hogar para medir su precisión y tiempo de respuesta.
Validación con Usuarios: Se solicitará a un grupo de padres que interactúen con el prototipo para obtener retroalimentación sobre su usabilidad y efectividad. Esto permitirá identificar mejoras en la interfaz de usuario y en la configuración de las alertas.
Fase de Optimización y Futuro Desarrollo:
Optimización del Algoritmo: Ajustar los parámetros del modelo de IA para mejorar la precisión y reducir el consumo de energía.
Planificación para la Producción: Analizar la viabilidad para convertir el prototipo en un producto comercializable, considerando el costo, el diseño industrial y la escalabilidad.
Resultados
El prototipo de detección y alerta fue exitosamente construido y validado. Las pruebas, realizadas en un entorno controlado que simulaba condiciones reales del hogar y extendidas a estufas diferentes, demostraron la eficacia y fiabilidad del sistema. El dispositivo logró detectar de manera consistente y precisa la combinación de un aumento de temperatura y la proximidad de una persona vulnerable. Al activarse esta doble condición, el prototipo emitió una alerta sonora inmediata y envió una notificación a un dispositivo móvil, confirmando que la lógica de alerta funciona como se diseñó. El prototipo mostró ser funcional, exitoso y listo para la siguiente fase de desarrollo.
os resultados obtenidos validan la hipótesis del proyecto: un sistema inteligente que combina la detección de calor y movimiento puede mitigar significativamente el riesgo de quemaduras. La doble verificación (calor y proximidad) resultó ser clave para evitar falsas alarmas, un problema común en otros sistemas de seguridad que solo usan un sensor. La capacidad del prototipo para ser probado con éxito en 10 estufas distintas demuestra su adaptabilidad a diferentes entornos y equipos, un factor crítico para su potencial comercial. La respuesta rápida del sistema (alarma sonora y notificación móvil) acorta el tiempo de reacción del cuidador, lo que es vital para prevenir lesiones graves. El éxito de este prototipo demuestra que la tecnología actual de bajo costo es suficiente para crear soluciones de seguridad innovadoras y accesibles para los hogares.
El desarrollo de este sistema de detección y alerta ha sido un éxito rotundo. Se logró construir un prototipo funcional, preciso y fiable que responde de manera eficaz a una de las amenazas más comunes en la seguridad infantil. La combinación de sensores de temperatura y movimiento, junto con una lógica de alerta proactiva, ha demostrado ser una estrategia efectiva para prevenir quemaduras. Este proyecto no solo cumple con su objetivo de crear una herramienta de seguridad, sino que también establece una base sólida para el desarrollo de un producto comercializable que tiene el potencial de salvar vidas y ofrecer tranquilidad a las familias. En última instancia, este prototipo representa un avance significativo en la intersección de la tecnología y la seguridad en el hogar.
Organización Mundial de la Salud (OMS) – Quemaduras: Datos globales sobre la
incidencia y las causas de quemaduras, especialmente en niños, que
demuestran la magnitud del problema.
https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/burns
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) – Accidentes y Lesiones:
Estadísticas nacionales de México que respaldan el dato de la quemadura
como una de las principales causas de muerte en infantes.
https://www.inegi.org.mx/
Fundación Michou y Mau para Niños Quemados, I.A.P.: Información y datos
específicos sobre quemaduras en niños en México, validando las
estadísticas mencionadas en el planteamiento del problema.
https://www.michouymau.org/
American Burn Association – Quemaduras en el hogar: Estadísticas detalladas
sobre la prevalencia de quemaduras en entornos domésticos y las
principales fuentes de lesiones.
https://www.ameriburn.org/burn-prevention/resources/burn-data-and-statistics/
National Institute of Standards and Technology (NIST) – Sensores térmicos para
seguridad: Investigación y documentación sobre el uso de sensores
térmicos y sus aplicaciones en la detección de incendios y riesgos.
https://www.nist.gov/
Google AI Blog – Detección de objetos con TensorFlow: Un recurso que explica
cómo los modelos de visión por computadora, como los de TensorFlow, pueden
ser utilizados para detectar y clasificar objetos en tiempo real.
https://ai.googleblog.com/
Arduino Project Hub – Proyectos con sensores y seguridad: Repositorio de
proyectos de código abierto que demuestran la viabilidad de utilizar
tecnología de bajo costo (como Arduino y ESP32) para sistemas de seguridad
en el hogar.
https://create.arduino.cc/projecthub/projects/security-and-safeguarding/
SpringerLink
– Artículos sobre seguridad en el hogar y IoT: Base de datos de
publicaciones científicas que exploran la aplicación de tecnologías IoT e
inteligencia artificial para crear entornos de vida más seguros.
https://link.springer.com/search?query=IoT+home+safety
GitHub
– Repositorios de detección de objetos en Python: Plataforma con
código abierto para proyectos de visión por computadora. Estos recursos
son esenciales para el desarrollo del software del prototipo.
https://github.com/topics/object-detection
Journal of Medical Engineering & Technology – Tecnología para la seguridad del
paciente: Artículos que discuten el uso de nuevas tecnologías para la
prevención de lesiones en entornos médicos y domésticos, proporcionando un
marco científico para la justificación del proyecto.
https://www.tandfonline.com/loi/imbe20
