Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

Social distancing in the face of COVID-19: simulation of the máximum capacity of people through PHP

Resumen La confluencia poblacional en áreas internas o externas incrementa considerablemente la trasmisión de la COVID-19, por no respetar el distanciamiento social que establece el sistema de salud. El objetivo de este trabajo fue hacer uso de técnicas de programación, empleando el lenguaje PHP (preprocesador de hipertexto), para el desarrollo de una aplicación que simule el aforo máximo de personas que pueden ingresar a un área interna o externa. La metodología permitió el reconocimiento de áreas internas y externas comunes, configuración al entorno de desarrollo, codificación, propuesta de simulación y ejecución del simulador donde se ha evaluado un caso práctico y diez lugares para determinar su confiabilidad. El simulador brindó el aforo máximo de personas que pueden ingresar a un lugar de área interna o externa cumpliendo el distanciamiento social de 2 m. Los resultados permitieron conocer que el uso de las tecnologías de información a través de las técnicas de programación y el lenguaje PHP contribuyó en ser una alternativa tecnológica para la lucha contra la propagación del virus.

Abstract Population confluence in internal or external areas considerably increases transmission of COVID-19, due to not respecting the social distancing established by the health system. The objective of this work was to make use of programming techniques, using the PHP language (hypertext preprocessor), for the development of an application that simulates the máximum capacity of people who can enter an internal or external area. The methodology allowed recognizing common internal and external areas, configurating to the development environment, coding, simulation proposing and executing of the simulator where a practical case and ten places were evaluated to determine its reliability. The simulator provided the maximum capacity of people who can enter an internal or external area, complying with the social distancing of 2 m. The results made it possible to know that the use of information technologies through programming techniques and the PHP language contributed to being a technological alternative for the fight against the spread of the virus.

Design and construction of automated mechanical ventilation equipment to assist respiratory failure

Resumen Este documento presenta los requerimientos cumplidos para el diseño, construcción y primera validación de un sistema de ventilación mecánica para ser utilizado en pacientes con insuficiencia respiratoria, que en el contexto inicial fuera a causa de la pandemia de COVID-19. El diseño requirió el uso de software de dibujo asistido por computadora (Computer Aided Design) CAD y la construcción necesitó el uso de las capacidades instaladas en manufactura mecánica, electroneumática, electrónica, biomédica y automatización de los institutos y centros de la Universidad Don Bosco (El Salvador). Los trabajos de ajuste, configuración y programación estuvieron a cargo de docentes investigadores especialistas en dichas disciplinas. Los elementos empleados para su construcción estaban disponibles en el mercado salvadoreño, considerando el cierre de las fronteras como medida gubernamental ante la expansión de la pandemia. Luego de la etapa de diseño, fabricación y puesta en funcionamiento, se realizaron mediciones de las condiciones del aire suministrado con la ayuda de profesionales dedicados al mantenimiento de equipo médico y con el visto bueno de doctores internistas. Los resultados conseguidos son los que se obtienen con equipos paramédicos y con equipos de primera asistencia, por lo cual se ha previsto que el equipo pueda ser probado en una siguiente instancia con el gremio médico certificado.

Abstract This document presents the requirements met for the design, construction and first validation of a mechanical ventilation system to be used in patients with respiratory failure, which in the initial context was due to the COVID-19 pandemic. The design required the use of computer aided drawing software (Computer Aided Design) CAD and the construction required the use of installed capabilities in mechanical, electropneumatic, electronic, biomedical and automation manufacturing of Don Bosco University (El Salvador) institutes and centers. The adjustment, configuration and programming works were in charge of research professors specialized in these disciplines. The elements used for its construction were available in the Salvadoran market, considering the closure of the borders as a government measure in face of the expansión of the pandemic. After the design, manufacture and commissioning stage, measurements of the conditions of the supplied air were made with the help of professionals dedicated to the maintenance of medical equipment and with the approval of internist doctors. The results achieved are those obtained with paramedical equipment and with first aid equipment, for which it has been foreseen that the equipment can be tested in a subsequent instance with the certified medical union.

Characterization of DELUX: Ultraviolet light sterilization device for PFF2 / N95 masks against COVID-19

Resumen La Organización Mundial de la Salud (OMS) declaró un estado pandémico de salud pública debido a la transmisión del nuevo coronavirus el 11 de marzo de 2020. La COVID-19, causada por el SARS-CoV-2, tiene un espectro clínico muy amplio, con predominio de desarrollos sintomáticos respiratorios. El papel de los profesionales de salud en la lucha contra la pandemia requiere un equipo de protección personal (EPP). Las máscaras PFF2 / N95 son EPP adecuados para este propósito. Debido a la gran demanda de máscaras PFF2 / N95 para combatir la pandemia, hubo escasez en el mercado. Este trabajo tiene como objetivo caracterizar un dispositivo denominado DELUX para la esterilización por UVC (espectros de luz ultravioleta C) de mascarillas PFF2 / N95, ampliando su tiempo de uso seguro en condiciones de emergencia. La validación fotométrica del dispositivo permitió la verificación del espectro de emisión de las lámparas empleadas en el dispositivo y la medición de la potencia óptica, demostrando la idoneidad de la irradiación con luz UVC, en ciclos de 15 minutos, de forma segura. La validación biológica mostró que DELUX es capaz de desactivar el SARS-CoV-2 presente en la superficie de las mascarillas PFF2 / N95, siendo así eficiente para su esterilización extendiendo el tiempo de utilización de estas mascarillas.

Abstract The World Health Organization (WHO) has declared a public health pandemic state due to the transmission of the new coronavirus on March 11th, 2020. COVID-19, that is caused by SARS-CoV-2, has a very broad clinical spectrum, with predominantly respiratory symptoms developments. The role of the health professionals in fighting the pandemic requires the use of Personal Protective Equipment (PPE). PFF2 / N95 masks are suitable PPEs for this purpose. Due to the high demand for PFF2 / N95 masks to fight the pandemic, there was a shortage of this PPE worldwide. This work aims to present a characterization of the device called DELUX, utilized for UVC (ultraviolet C light spectra) sterilization of PFF2 / N95 masks, and allowing to extend the time of safe use of this PPE in emergency conditions. The photometric validation of the device resulted in the verification of the emission spectrum of the lamps used in the device, and the measurement of the optical power, demonstrating the adequacy of irradiation with UVC light, with a 15-minute cycle, and safely. Biological validation showed that DELUX is capable of inactivating SARS-CoV-2 present on the surface of PFF2 / N95 masks, thus being efficient for their sterilization. The safety offered by the sterilization cycle allows to extend the safe use of those masks.

Evaluation of AIoT performance in Cloud and Edge computational models for mask detection

Resumen La COVID-19 ha provocado graves daños a la salud: centenas de millones de personas infectadas y varios millones de fallecidos en el mundo. Los programas de vacunación de cada Gobierno han influido en el decaimiento de estos índices, pero con la aparición de nuevas mutaciones del coronavirus más contagiosas, la preocupación sobre la efectividad de las vacunas se hace presente. Frente a esta situación el uso de mascarillas sigue siendo eficaz para prevenir la transmisión y contagio de la COVID-19. Lo que ha generado una creciente demanda de servicios de detección automática de mascarillas, que permita recordar a las personas la importancia del empleo de estas. En este trabajo se plantea un análisis del rendimiento de un sistema AIoT para la detección del uso correcto, incorrecto y sin mascarilla basado en dos modelos computacionales de Cloud y Edge, con la finalidad de determinar qué modelo se adecua mejor en un entorno real (interior y exterior) sobre la base de la confiabilidad del algoritmo, uso de recursos computacionales y tiempo de respuesta. Los resultados experimentales demuestran que el modelo computacional Edge presentó un mejor desempeño en comparación con el Cloud.

Abstract COVID-19 has caused serious health damage, infecting millions of people and unfortunately causing the death of several ones around the world. The vaccination programs of each government have influenced in declining those rates. Nevertheless, new coronavirus mutations have emerged in different countries, which are highly contagious, causing concern with vaccination effectiveness. So far, wearing facemasks in public continues being the most effective protocol to avoid and prevent COVID-19 spread. In this context, there is a demand of automatic facemask detection services to remind people the importance of wearing them appropriately. In this work, a performance evaluation of an AIoT system to detect correct, inappropriate, and non- facemask wearing, based on two computational models: Cloud and Edge, was conducted. Having as objective to determine which model better suites a real environment (indoor and outdoor), based on: reliability of the detector algorithm, use of computational resources, and response time. Experimental results show that Edge-implementation got better performance in comparison to Cloud-implementation.

Prototype of a Device for the Automatic Measurement of Physiological Signals to Assist the Diagnosis and Monitoring of patients with COVID-19

Resumen En el presente artículo se describe el diseño, construcción y resultados preliminares de un dispositivo para automatizar la medición de señales fisiológicas para asistir el diagnóstico y seguimiento de la COVID-19.El dispositivo utiliza un sistema para controlar actuadores lineales para encender/apagar instrumentos biomédicos certificados, además de algoritmos para el reconocimiento de imágenes de las pantallas de los instrumentos con mediciones de temperatura, saturación de oxígeno, presión arterial y frecuencia cardiaca. El sistema incluye también una aplicación móvil que recibe los datos de las mediciones a tiempo real y crea una base de datos para realizar una evaluación médica. Los resultados obtenidos demuestran un alto porcentaje de eficiencia en la adquisición de las mediciones. Después de hacer varias pruebas con usuarios, las evaluaciones SUS y PSSUQ permitieron verificar resultados satisfactorios respecto a la satisfacción y usabilidad del prototipo, demostrando la aceptación del dispositivo.

Abstract This article describes the design, construction and preliminary results of a device to automate the measurement of physiological signals to assist in the diagnosis and monitoring of COVID-19. The device usesa system to controlling linear actuators to turn on/offcertified biomedical instruments, in addition to algorithmsfor image recognition of displays with measurements of temperature, oxygen saturation, pressure and heart rate. The system also includes a mobile application, which receives data in real time and createsa database for medical evaluation. Results obtained with the device have demonstrated to provide a high percentage of efficiency in the data acquisition. Afterseveral trials with users, SUS and PSSUQ tests wereapplied to allow verifying the users’ feedback regardingthe satisfaction and usability of the prototype,with high score, showing the good acceptance of thedevice from the users.

A review of the state-of-the-art of solar thermal collectors applied in the industry

Resumen El consumo energético asociado al sector de la industria representa el 38 % de la demanda de energía a nivel global, siendo un aspecto importante que marca el desarrollo de un país. En este sentido, es sumamente importante diversificar las distintas fuentes de energía e incorporar el uso de fuentes renovables de energía, como la solar, no solamente con la idea de asegurar el suministro energético, sino también considerando como elementos que permitan la reducción de las emisiones generadas por el uso de combustibles fósiles. El presente trabajo aborda las principales tecnologías de colectores solares que pueden ser incorporadas a distintos tipos de industrias, basado en experiencias e investigaciones en otros países. Sobre la base de esta revisión, se ha visto que una buena parte de las industrias a nivel mundial requieren temperaturas en sus procesos hasta los 250 °C, lo que hace idóneo el uso de esta tecnología. En función de cada industria, se podrán usar colectores solares de placa plana, de tubos de vacío, del tipo Fresnel o cilindro parabólicos. Por último, se detallan los ahorros asociados a algunas instalaciones y se abordan los desafíos relacionados con este sector.

Abstract The energy consumption associated with the industry sector represents 38% of the global energy demand, being an important aspect that marks the development of a country. In this sense, it is extremely important to diversify the different energy sources and incorporate the use of renewable energy sources, such as solar energy, not only with the idea of ensuring energy supply, but also as elements that enable the reduction of energy emissions generated by the use of fossil fuels. This work addresses the main solar collector technologies that may be incorporated into different types of industries, based on experiences and research in other countries. Based on this review, it has been seen that an important part of the industries worldwide requires temperatures up to 250 °C in their processes, which makes suitable the use of solar energy technology. Depending on each industry, flat plate, vacuum tube, Fresnel type or parabolic trough solar collectors may be used. Finally, the savings associated with some facilities are detailed and the challenges related to this sector are addressed.

Design and construction of a friction welding equipment with laser assistance for the joint of AISI 1045 steel and aluminum 2017-T4 shafts

Resumen La soldadura de materiales disímiles hace que los procesos de soldadura convencional no sean factibles de ser utilizados. La soldadura por fricción, por otro lado, ha demostrado ser una tecnología prometedora capaz de unir materiales sin que la temperatura supere su punto de fusión. Sin embargo, la obtención de las propiedades mecánicas de la junta soldada con características similares a los materiales base sigue siendo un desafío. En el desarrollo de este trabajo se diseñó y fabricó un equipo de soldadura por fricción rotatoria con asistencia láser. Para proporcionar el movimiento rotatorio se empleó un torno convencional de 3 HP de potencia y para generar fricción se diseñó un sistema hidráulico de presión el cual aplica fuerza axial mediante un cilindro de simple efecto para obtener la unión entre los materiales base. En el equipo implementado se realizaron uniones de ejes de acero AISI 1045 con aluminio 2017-T6; las uniones soldadas se evaluaron metalúrgicamente, haciendo hincapié en la composición química en la interfaz de la soldadura. Para la caracterización de la microestructura se empleó microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de dispersión de energía (EDS) y espectrometría de emisión óptica de descarga luminiscente (GDOES) para medir la composición inicial de los materiales que se soldaron. Los resultados obtenidos muestran una adecuada unión entre los materiales base, denotando la utilidad del equipo fabricado para la unión de materiales disimiles

Abstract Welding metal alloys with dissimilar melting points make conventional welding processes unfeasible to be used. On the other hand, friction welding has proven to be a promising technology capable of joining materials, while preventing the temperature from exceeding the melting point. However, obtaining a welded joint with mechanical properties that are similar to the base materials remains a challenge. In the development of this work, a laser-assisted rotary friction welding equipment was designed and manufactured. A 3 HP conventional lathe was used to provide rotary movement, and a hydraulic pressure system that applies axial force through a simple effect cylinder was designed to generate friction to obtain the union between the base materials. In the implemented equipment, joints of AISI 1045 steel and 2017-T6 aluminum shafts were made. The welded joints were metallurgically evaluated, emphasizing on the chemical composition at the weld interface. For microstructure characterization, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectroscopy (EDS), and glow discharge optical emission spectrometry (GDOES) were used to measure the initial composition of the welded materials. The results obtained show an adequate joint between the base materials, denoting the usefulness of the equipment manufactured for the union of dissimilar materials.

Pedestrian detection at daytime and nighttime conditions based on YOLO-v5

Resumen En este artículo se presenta un nuevo algoritmo basado en aprendizaje profundo para la detección de peatones en el día y en la noche, denominada multiespectral, enfocado en aplicaciones de seguridad vehicular. La propuesta se basa en YOLO-v5, y consiste en la construcción de dos subredes que se enfocan en trabajar sobre las imágenes en color (RGB) y térmicas (IR), respectivamente. Luego se fusiona la información, a través, de una subred de fusión que integra las redes RGB e IR, para llegar a un detector de peatones. Los experimentos, destinados a verificar la calidad de la propuesta, fueron desarrollados usando distintas bases de datos públicas de peatones destinadas a su detección en el día y en la noche. Los principales resultados en función de la métrica mAP, estableciendo un IoU en 0.5 son 96.6 % sobre la base de datos INRIA, 89.2 % sobre CVC09, 90.5 % en LSIFIR, 56 % sobre FLIR-ADAS, 79.8 % para CVC14, 72.3 % sobre Nightowls y KAIST un 53.3 %

Abstract This paper presents new algorithm based on deep learning for daytime and nighttime pedestrian detection, named multispectral, focused on vehicular safety applications. The proposal is based on YOLOv5, and consists of the construction of two subnetworks that focus on working with color (RGB) and thermal (IR) images, respectively. Then the information is merged, through a merging subnetwork that integrates RGB and IR networks to obtain a pedestrian detector. Experiments aimed at verifying the quality of the proposal were conducted using several public pedestrian databases for detecting pedestrians at daytime and nighttime. The main results according to the mAP metric, setting an IoU of 0.5 were: 96.6 % on the INRIA database, 89.2 % on CVC09, 90.5 % on LSIFIR, 56 % on FLIR-ADAS, 79.8 % on CVC14, 72.3 % on Nightowls and 53.3 % on KAIST.

A Deep Learning Approach to Estimate the Respiratory Rate from Photoplethysmogram

Resumen Este trabajo presenta una metodología para entrenar y probar una red neuronal profunda (Deep Neural Network – DNN) con datos de fotopletismografías (Photoplethysmography – PPG), con la finalidad de llevar a cabo una tarea de regresión para estimar la frecuencia respiratoria (Respiratory Rate – RR). La arquitectura de la DNN está basada en un modelo utilizado para inferir la frecuencia cardíaca (FC) a partir de señales PPG ruidosas. Dicho modelo se ha optimizado a través de algoritmos genéticos. En las pruebas realizadas se usaron BIDMC y CapnoBase, dos conjuntos de datos de acceso abierto. Con CapnoBase, la DNN logró un error de la mediana de 1,16 respiraciones/min, que es comparable con los métodos analíticos reportados en la literatura, donde el mejor error es 1,1 respiraciones/min (excluyendo el 8 % de datos más ruidosos). Por otro lado, el conjunto de datos BIDMC aparenta ser más desafiante, ya que el error mínimo de la mediana de los métodos reportados en la literatura es de 2,3 respiraciones/min (excluyendo el 6 % de datos más ruidosos). Para este conjunto de datos la DNN logra un error de mediana de 1,52 respiraciones / min

Abstract This article describes the methodology used to train and test a Deep Neural Network (DNN) with Photoplethysmography (PPG) data performing a regression task to estimate the Respiratory Rate (RR). The DNN architecture is based on a model used to infer the heart rate (HR) from noisy PPG signals, which is optimized to the RR problem using genetic optimization. Two open-access datasets were used in the tests, the BIDMC and the CapnoBase. With the CapnoBase dataset, the DNN achieved a median error of 1.16 breaths/min, which is comparable with analytical methods in the literature, in which the best error found is 1.1 breaths/min (excluding the 8 % noisiest data). The BIDMC dataset seems to be more challenging, as the minimum median error of the literature’s methods is 2.3 breaths/min (excluding 6 % of the noisiest data), and the DNN based approach achieved a median error of 1.52 breaths/min with the whole dataset.

D–BLAST MIMO Perfomance Analysis over SDR–USRP

Resumen Este artículo describe la implementación de la técnica basada en multiplexación espacial D–BLAST sobre equipos de Radio Definido por Software (SDR) específicamente usando USRP Ettus Research x310; con el objetivo de afrontar el problema de la diversidad espacial que posee el esquema de MIMO Alamouti, al no poder incrementar el número de antenas del transmisor respecto al del receptor. El escenario de simulación fue en un ambiente indoor usando las herramientas de programación gráfica con el Software Labview Communications, logrando un diseño mas robusto de codificación basado en la no linealidad de ecuaciones matriciales, mitigando de este modo a través de la redundancia de información los efectos de la interferencia que genera el incremento propio de las antenas en el transmisor. Los resultados experimentales evaluados fueron la tasa de error de bit (BER) y la tasa de error de símbolo (SER) para determinar la efectividad de la diversidad espacial. La ganancia lograda fue alrededor de 10dB y 7dB en MIMO 2×2 y MIMO 3×2 respectivamente, usando la técnica D–BLAST simétrica

Abstract This paper describes the implementation of technique based on D–BLAST spatial multiplexing over Software Defined Radio (SDR) equipment; specifically, using Universal Software Peripheral Radio (USRP) Ettus Research x310; with the aim of solve the problem of spatial diversity that the MIMO Alamouti scheme has, since it is not possible to increase the number of antennas of the transmitter with respect to the receiver. The simulation scenario was in an indoor environment using graphical programming tools with the Labview Communications Software, achieving a more robust coding design based on the nonlinearity of matrix equations, in this way, the effects of interference were mitigating through the redundancy of information due to the increase of the antennas at the transmitter. The experimental results evaluated were bit error rate (BER) and symbol error rate (SER) to determine the effectiveness of spatial diversity. The gain achieved was around 10dB and 7dB in MIMO 2times2 and MIMO 3times2 respectively, using the symmetric D–BLAST technique.