Vestido Inteligente con Arduino Nano: Monitor de Ritmo Cardíaco y LEDs Controlados por CrazyCircuits y DFRobot

Componentes y Suministros

Arduino UNO	×1
Arduino Nano R3	×1
Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Robotics Board	×1
Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Sewing Deluxe Kit	×1
DFRobot Gravity: Sensor de Ritmo Cardíaco Analógico (ECG) para Arduino	×1
DFRobot Gravity: Sensor de Ritmo Cardíaco para Arduino	×1
Cinta Conductora Brown Dog Gadgets	×1

Herramientas y Máquinas Necesarias

• Máquina de coser (genérica)

Aplicaciones y Servicios en Línea

• Arduino IDE

Sobre el Proyecto

Este proyecto combina arte, moda y tecnología: un vestido pintado a mano con flores, controlado por un Arduino Nano, componentes de CrazyCircuits y un monitor de ritmo cardíaco de DFRobot. El ritmo cardíaco detectado controla el parpadeo de los LEDs incrustados en el vestido.

El proceso de creación se documentó originalmente en Hackaday.io. El proyecto también busca demostrar que, al diseñar productos de fitness y salud, no tenemos que limitarnos a pulseras. ¿Por qué no integrar sensores y monitores en vestidos hermosos o ropa de uso diario?

1. Capa Base

Pinté mis flores favoritas (las que crecen frente a nuestro apartamento) e imprimí el diseño en tela Minky, muy suave y tersa. Quería convertirla en un vestido basado en la pintura.

El primer paso fue crear una capa base: un vestido halter hecho de tul cortado según un patrón.

Me encanta el tul y las cintas, especialmente cuando son transparentes.

2. Colocación de Gráficos

Diseñé la colocación de los gráficos recortando flores y figuras humanas según sus formas, luego cosí las piezas una a una sobre la capa de tul. Requiere mucho trabajo manual.

3. Prueba de LEDs

Obtuve componentes de CrazyCircuits: LEDs grandes, porta-pilas de moneda con orificios grandes para coser, cintas conductoras y una placa de prueba, lo que facilitó enormemente la prueba del circuito.

Incluso los usé para probar otro proyecto que necesitaba una fuente de alimentación externa.

Siempre pruebo cómo se verán las cosas antes de la construcción. Los LEDs deben brillar a través de la tela. Esta no es la ubicación final, solo verificaba el brillo.

4. Monitor de Ritmo Cardíaco

Quería usar un sensor de pulso pequeño para colocarlo en el lóbulo de la oreja como un arete, pero la lectura no era estable y la forma del pulso no tenía sentido.

Cambié a un monitor de ritmo cardíaco ECG analógico y funcionó perfectamente.

Los electrodos deben colocarse en tres puntos del cuerpo.

Usé el mismo código del sensor de pulso y ajusté la tasa objetivo según la señal EKG mostrada en el trazador serial. Ajusté el valor umbral en el código para que los LEDs parpadeen según los valores pico. Como se ve, hay dos picos principales por ciclo. Se puede hacer que los LEDs parpadeen una vez por pico primario agudo o dos veces con ambos picos (primario y secundario).

Nota: Usé la placa Arduino Nano en CrazyCircuits. Requiere el Old ATmega328P Bootloader.

5. Circuito Suave (Soft Circuit)

Una vez que el circuito funcionaba, tocaba coserlo con hilo conductor. Primero debía determinar dónde colocar los componentes.

Todos los componentes quedarían entre la capa pintada y la de tul, así que no se verían. Esto requería una capa de interfaz donde coser los componentes. ¿Cómo saber dónde colocarlos en esa capa?

Pegué los LEDs donde quería que estuvieran según los gráficos, luego marqué las posiciones en papel. Usé tul como capa de interfaz; al ser transparente, pude coser los LEDs sobre él con el papel debajo, transfiriendo así las ubicaciones.

Coser tul contra papel es una técnica que ya usé en el proyecto Twinkle Nail. Como el tul es muy frágil, el papel aporta rigidez. Al retirar el papel queda un circuito flexible muy limpio.

Como el tul es poroso (y la capa base también es tul), el hilo conductor podría tocar la piel y causar cortocircuitos. Añadí otra tela para aislar el circuito de la piel. Ahora el circuito suave puede insertarse entre la capa pintada y la base.

6. Ocultar el Circuito

El porta-pilas es algo grande y pesado, así que necesitaba un bolsillo en el vestido.

Dejé espacios entre la capa pintada y la base para insertar y ocultar todos los componentes electrónicos y cables bajo la capa pintada.

7. Toques Finales

También quería iluminar las capas de tul de la falda con luces estáticas. A veces quiero apagar los LEDs controlados por el ritmo cardíaco para que no parpadeen constantemente, pero mantener algunas partes del vestido iluminadas.

Para esto usé cintas conductoras pegadas al tul y conecté las cintas con los LEDs usando hilo conductor. Esto crea circuitos suaves muy limpios, ya que las cintas son flexibles y pegarlas es mucho más rápido que coser hilo conductor.

¡Finalmente, las hermosas decoraciones florales y la cremallera!

Reflexiones Finales

Fui invitada recientemente a hacer un video con YiT (一条), un nuevo medio online en China sobre arte y cultura. Esta pieza fue destacada y el video capturó parte de mi trabajo previo de prototipado rápido. Tuvimos 1h 30min de entrevista sobre STEAM, pero solo ~4 minutos se incluyeron en el informe final. Siento que se debería incluir más para promover el código abierto, la democratización tecnológica, la ciencia y la ingeniería, pero se consideró "demasiado técnico" y que podría perder audiencia.

El consumismo en China ha obstaculizado, en cierta medida, que el público general conozca la cultura maker ("Si puedo comprar algo, ¿por qué hacerlo yo mismo?" "Juguetes 'extracurriculares' para niños o innovación para concursos escolares"). Aunque el artículo que acompañaba el video en WeChat alcanzó >100K lectores en las primeras horas, muchos pensaron que los prototipos hechos a mano eran productos y perdieron completamente el punto: hacer, código abierto, compartir conocimientos y tener un hobby mientras se contribuye a una industria.

Quien esté en la industria tech-garment entiende lo difícil que es impulsar una revolución industrial en este campo: ciertas tecnologías que imaginamos aún requieren investigación científica; tecnologías existentes pueden no estar disponibles para cualquiera; tecnologías democratizadas necesitan educar al público, empoderando a creativos. Requiere colaboración entre todas las partes del ecosistema. Empresas textiles tradicionales y de alta tecnología deben aprender unas de otras. Ha habido tremendos esfuerzos pero de poca gente en educación, código abierto y creatividad para lograr escala. Los LEDs son lo más fácil de ver; lamentablemente, la masa tiende a enfocarse en lo trivial. Pero debe haber más comprensión de que las tech-garments ofrecen una entrada a IoT, IA, edge computing y cloud (palabras de moda con verdad) que los humanos definimos como el ahora y el futuro. Encima de todo, debemos perseguir manufactura esbelta para reducir residuos y contaminación.

Gracias a YiT por la entrevista y reportar el 10% de mi vida laboral. Especialmente agradecida a Microsoft #MSFTGarage por proporcionar una plataforma para innovaciones lideradas por empleados e ideas desde la base.

Datos Curiosos

A mitad del proyecto, Make: vino a The Garage, Microsoft, para hacer un taller Wearables Tech 101. Fui la instructora y usé este vestido como ejemplo de cómo escalar las habilidades del taller a una prenda real.

Días después, Matrix Labs me entrevistó en The Garage, donde demostré brevemente el vestido.

También durante el tour de makers por Sunnyvale publicado por Alex de Hackster.io.

Código

Código del Monitor de Ritmo Cardíaco y Librería

Arduino

Basado en: https://pulsesensor.com/pages/installing-our-playground-for-pulsesensor-arduino

/* PulseSensor Starter Project and Signal Tester
 * The Best Way to Get Started With, or See the Raw Signal of, your PulseSensor & Arduino.
 *
 * Here is a link to the tutorial
 * https://pulsesensor.com/pages/code-and-guide
 *
 * WATCH ME (Tutorial Video):
 * https://www.youtube.com/watch?v=82T_zBZQkOE
 *
 * -------------------------------------------------------------
 * 1) This shows a live human Heartbeat Pulse.
 * 2) Live visualization in Arduino's Cool "Serial Plotter".
 * 3) Blink an LED on each Heartbeat.
 * 4) This is the direct Pulse Sensor's Signal.
 * 5) A great first-step in troubleshooting your circuit and connections.
 * 6) "Human-readable" code that is newbie friendly."
 */
// Variables
int PulseSensorPurplePin = 0; // Pulse Sensor PURPLE WIRE connected to ANALOG PIN 0
int LED13 = 13;               // The on-board Arduino LED
int Signal;                   // holds the incoming raw data. Signal value can range from 0-1024
int Threshold = 550;          // Determine which Signal to "count as a beat", and which to ignore.

void setup() {
  pinMode(LED13, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Signal = analogRead(PulseSensorPurplePin);
  Serial.println(Signal);
  if (Signal > Threshold) {
    digitalWrite(LED13, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED13, LOW);
  }
  delay(10);
}

Esquemáticos

https://www.dfrobot.com/product-1510.html