Relatório de seguimento do projeto de investigação ITINERA2

Este documento pretende fornecer uma descrição detalhada do progresso e estado atual do projeto ITINERA2, de acordo com os diferentes componentes envolvidos no desenvolvimento e implementação da solução, bem como o procedimento de captura e visualização de dados para posterior pilotagem e validação funcional (secções 3.1, 3.2, 3.3). 

Para além destes dois componentes, a descrição do desenvolvimento e integração de estratégias de gamificação para a promoção e aderência à atividade física é dada na secção 4. 

Por último, são apresentados os próximos passos a dar em relação ao estado tual e aos objectivos prosseguidos pelo ITINERA2 (secção 5). 

2. Estado do projeto 

Este documento é uma atualização sobre o estado atual do projeto ITINERA2, que se centra na implementação de uma rota inteligente baseada na IOT e na gamificação que oferece um ambiente amigável e promove hábitos saudáveis e a luta contra a solidão da população adulta mais velha na zona semi-rural afectada pelo despovoamento. Após uma primeira fase centrada numa análise inicial detalhada da documentação científica de impacto recentemente publicada em relação aos objetivos do ITINERA2, o projeto concluiu, nesta segunda fase, o desenvolvimento do software necessário para a sua validação através da sua pilotagem num grupo populacional relevante, tendo também acordado sobre o ambiente exacto de implementação e estando pronto para iniciar a recolha de dados que permitirão a posterior avaliação do impacto na saúde dos participantes. 

A este respeito, o projeto sofreu uma variação em relação à proposta original em termos de sua localização. Originalmente ITINERA2 foi planeado para ser implementado no conselho de Cangas del Narcea. No entanto, após os resultados obtidos nas eleições municipais realizadas em Maio passado, a participação daquele conselho não foi possível. Com base nisso, e após uma avaliação das alternativas existentes, a CTIC propôs a implantação do projeto num ambiente com características similares ao original, sendo Tineo o conselho selecionado. 

O concelho de Tineo tem uma localização geográfica e características sócio-demográficas praticamente idênticas à sua localização original, fazendo fronteira com Cangas del Narcea a sul e sendo o segundo maior concelho do Principado das Astúrias (depois de Cangas del Narcea) e uma das densidades populacionais mais baixas com 25,1 habitantes por quilómetro quadrado. Além disso, é também um ambiente semi-rural. No município de Tineo, ITINERA2 será validado ao longo da Senda Verde Tineo - El Crucero (P.R. AS-245), rota comumente utilizada pela população de Tineo, que também possui características de acessibilidade adequadas para toda a população. O caminho tem aproximadamente 2,5 quilómetros de comprimento e é praticamente plano em toda a sua extensão, com uma superfície pavimentada. 

Portanto, entende-se que, apesar da modificação em relação à proposta original, as características essenciais do ambiente de validação permanecem intactas, não afectando assim nem as características exigidas pela solução nem os resultados esperados. 

No entanto, ligado a esta mudança, é necessário indicar a consequência em termos de atraso em relação ao cronograma inicial derivada não só da necessidade de localizar um novo local, mas também da necessidade de apresentar a proposta ao conselho local e passar por um processo de avaliação por este último. Apesar disso, neste momento, o desenvolvimento técnico está concluído e estamos em condições de prosseguir com a sua implantação e validação num futuro próximo. 

Adicionalmente, é de referir que, para além da excelente receção pela Câmara Municipal, ITINERA2 terá o envolvimento da Escola de Saúde Tineo, que desempenhará um papel fundamental no sucesso do projeto, através do seu compromisso em termos de divulgação, recrutamento e inscrição dos participantes. A este respeito, o facto de ter um agente local com conhecimento da população e do território é considerado essencial para o envolvimento da população no ITINERA2. 

As secções seguintes descrevem em detalhe o processo de desenvolvimento dos diferentes componentes requeridos pelo ITINERA2 para o seu correto funcionamento. 

3. Componentes da Internet das Coisas (IoT) 

Toda a solução, no que diz respeito à tecnologia IOT, é composta por diferentes componentes que requerem elementos instalados na rota, bem como outros transportados pelo usuário na forma de tecnologia wearable (ou seja, braceletes). 

Em termos dos elementos envolvidos, a nível de hardware e software, os principais componentes descritos ao longo deste documento são 

▪ A infra-estrutura física (módulos RFID), baseada na Internet das Coisas (IoT) Ou seja, os diferentes pontos de controle automático localizados ao longo da rota para realizar o monitoramento da atividade física ao longo da rota. 

▪ A plataforma de software (Plataforma Web), que inclui uma parte de gestão interna e uma parte de interface com a qual os usuários interagem. Esta plataforma permitirá tanto o registo dos utilizadores como a recolha de dados pessoais necessários para avaliar o impacto da saúde em termos de qualidade de vida; bem como a interação, por parte do utilizador, no que diz respeito à informação, notificações, desafios e realizações associadas à sua atividade física, tanto individualmente como em relação a outras pessoas que participam no ITINERA2. 

A relação entre ambos os componentes é mostrada, a um nível esquemático, na Ilustração 1, descrevendo ambos os componentes em detalhe na secção seguinte.

 

 

Especificamente, como discutido nas seções seguintes, o ITINERA2 envolve a implantação de quatro módulos RFID responsáveis pela captura de dados dos participantes através de identificadores individuais sob a forma de pulseiras que permitirão o monitoramento dos utilizadores da rota inteligente. 

A captura de informações sobre a atividade física é baseada na implantação de uma rede de sensores que capturam informações anónimas sobre os participantes. Esta rede de sensores consiste em quatro pontos de controlo ou módulos de leitura RFID (ou seja, identificação por radiofrequência), que atuam independentemente uns dos outros, detetando os identificadores individuais transportados pelos participantes. 

Estes identificadores individuais foram desenvolvidos integrando chips RFID passivos numa pulseira elástica de silicone, que oferece um elevado grau de conforto e nenhum nível de intrusão (ver figura 2), permitindo também a sua utilização específica apenas em momentos em que a rota é utilizada, se o utilizador assim o desejar. 

A transmissão de dados será feita através de comunicação 3G, permitindo que a monitorização seja completamente automática e sem necessidade de qualquer acção activa e concreta da pessoa para captar as suas informações, maximizando assim a usabilidade do ITINERA2. 

Os componentes de hardware específicos envolvidos nos componentes da IdC são descritos em detalhes abaixo. 

3.1 Componentes da solução a ser implantada 

A seleção da tecnologia RFID é motivada pelas implicações do projeto em termos de privacidade e facilidade de uso. Os participantes receberão uma pulseira de silício, com o referido chip codificado embutido, permitindo que cada um deles seja identificado de forma única. 

Cada um dos quatro módulos RFID desenvolvidos são integrados por diferentes componentes para permitir a funcionalidade da captura de dados RFID, processamento de dados e posterior envio de dados para a plataforma Web. 

3.1.1 Módulo RFID 

Para capturar os dados das pulseiras, foi implementada uma solução baseada num leitor RFID UHF (ultra alta frequência). Especificamente, foi selecionado o M6E Nano1, capaz de transmitir uma potência de até 27dBm e uma antena circular RFID UHF com ganho de 6dBi. 

Por outro lado, o leitor é controlado através da programação de um micro-controlador baseado no Arduino Uno rev32, utilizando bibliotecas de código aberto disponíveis, o que permite uma comunicação ágil entre componentes e confiabilidade na leitura e processamento de dados. 

A seleção destes componentes foi baseada nos resultados derivados da comparação de diferentes dispositivos, em formato de protótipo (Ilustração 3), num ambiente simulado com características semelhantes às do caminho selecionado (espaço exterior com um caminho de 2,5m de largura). 

Estes módulos serão instalados nas luzes de rua existentes ao longo do percurso seleccionado com uma separação aproximada de 500 metros entre cada um, permitindo-lhes cobrir quase todo o percurso (Ilustração 4). Os postes de iluminação serão utilizados como suporte para a colocação dos módulos, permitindo a sua localização adequada para o correto acompanhamento dos participantes.

3.1.2 Comunicação 3G 

O micro-controlador será conectado a um módulo 3G, que oferece recursos para transmitir as informações para a plataforma Web através da tecnologia celular GSM (3G). Este módulo é baseado no controlador SIM5320, componente³ que permite a ligação direta ao Arduino e a comunicação com o resto do sistema. 

A programação do Arduino foi feita utilizando a linguagem C++, novamente com bibliotecas de código aberto oferecidas pelo fabricante. Com base na programação desenvolvida, uma vez que o leitor RFID detecta uma pulseira, extrai o identificador interno único (EPC) e envia-o, juntamente com o seu identificador interno do módulo RFID e um carimbo de tempo, para uma fila MQTT4 (ou seja, um mecanismo de fila de mensagens) para a qual está subscrita a plataforma web para monitorizar a informação do utilizador. 

3.1.3 Pulseiras 

Como indicado acima, para a leitura e identificação dos utilizadores através do circuito, optamos por utilizar pulseiras de silício (Figura 5), que possuem um chip RFID integrado e codificado de forma única. As pulseiras selecionadas têm um design adequado à natureza do projeto, já que o chip com a informação é protegido dos elementos externos pelo próprio silicone e a área de instalação é separada do pulso da pessoa por pequenos filamentos que atuam como isolamento (a umidade e a composição do corpo humano dificultam a leitura) para uma leitura adequada, garantindo assim o seu bom funcionamento. 

Além disso, as pulseiras são ajustáveis, permitindo cobrir a variabilidade das características físicas dos participantes, apresentando um tamanho de 260mm de comprimento por 22mm de largura. O chip seleccionado é o Alien H3, amplamente utilizado e com um elevado grau de fiabilidade em casos semelhantes (por exemplo, a calendarização de eventos desportivos ao ar livre). 

As pulseiras terão dois códigos unívocos, que facilitarão a correta gestão dos utilizadores: o EPC, ou código eletrónico do produto, que permitirá a codificação de inteiros correlativos de 1 a 300 em formato hexadecimal e o TID, ou identificador unívoco do fabricante. 

3.2 Software desenvolvido para o correto funcionamento dos componentes do IoT 

Como mencionado anteriormente, os componentes físicos implantados pelo circuito realizarão a captura de dados e posteriormente os enviarão à fila do MQTT, para que a plataforma web leia os dados enviados pelos diferentes leitores distribuídos pelo circuito. 

A plataforma web é uma aplicação web multi-dispositivo que permite a gestão dos circuitos, dos participantes e do resto da funcionalidade do sistema focada na gamificação. Como exemplo, na Figura 6 mostra-se um exemplo de visualização na plataforma desenvolvida, neste caso, na seção de gestão dos módulos RFID da rota. 

O software é implementado com a infra-estrutura de programação Meteor⁵, baseada no Node.js⁶, numa base de dados em MongoDB⁷. A fila de mensagens que comunica a parte física (dispositivos IoT) com a parte virtual (aplicação Web) é baseada no modelo de assinante/publicador do MQTT, sendo o assinante a aplicação Web e o editor o sistema de captura de dados RFID. Este software permite a comunicação entre os diferentes componentes para cobrir todo o circuito de recolha e visualização da informação, desde o início da sua geração pelo utilizador, leitura posterior pelos módulos RFID, envio e processamento para a plataforma web e visualização em dispositivos pessoais (Ilustração 7). 

3.3 Software desenvolvido para gestão de utilizadores 

Além da parte pública e associada ao controle das opções de jogo, a plataforma web inclui uma seção para gerenciar as pessoas participantes do ITINERA2. Qualquer pessoa pode solicitar uma conta no sistema, simplesmente preenchendo um formulário com um mínimo de dados pessoais e digitando uma password para controlar o acesso. Com isso, é possível ter uma base de dados (Figura 8) onde cada usuário aparece associado ao identificador de sua pulseira, para posteriormente obter informações individualizadas que permitem o monitoramento e a aplicação personalizada de estratégias de gamificação. 

3.3.1 Gestão de Funções 

Como a interação com a plataforma Web será realizada por diferentes pessoas e com diferentes objetivos, foram considerados três tipos de utilizadores, distribuídos nas seguintes funções 

- Público. Qualquer pessoa registrada no sistema é atribuída esta função por padrão. Esta função está associada aos participantes, que irão usar as pulseiras para monitorar a sua atividade física. 

- Gerente. Esta função oferece privilégios relacionados com a gestão do ITINERA2. Especificamente, no que diz respeito à gestão dos utilizadores públicos, sendo responsável pela atribuição das pulseiras aos participantes e pela anotação destas atribuições na plataforma. 

- Administrador de sistema. Responsável pela criação e gestão dos dados relacionados com os circuitos: descrição, distância entre os pontos de controlo e configuração dos pontos de controlo. Além disso, o papel de administrador permite a gestão dos papéis do resto das pessoas que utilizam a plataforma. 

3.3.2 Gestão dos participantes 

A gestão dos utilizadores públicos (participantes) será efectuada pelas pessoas identificadas como "gestor", que poderão fazer a atribuição dos identificadores das pulseiras e dos participantes. 

Para facilitar a gestão do sistema e a agilidade do mesmo, foi incorporada a funcionalidade que e os usuários públicos podem criar uma conta de forma autónoma, embora o sistema não iniciará a coleta de dados até que a pessoa identificada como gestor lhe atribua um identificador unívoco e uma pulseira física (Ilustração 9), garantindo assim o uso correto da plataforma.

A principal funcionalidade da aplicação é transformar as informações sobre a atividade física dos participantes e oferecer dados que possam ser facilmente interpretados pelos utilizadores, incentivando a participação através de diferentes estratégias baseadas em desafios e logotipos que dependem dos dados capturados pelos dispositivos IoT. 

Assim, uma vez que o sistema associa cada participante à sua pulseira e este tem atividade física, calcula aspetos como a sua participação ao longo do percurso, o tempo de conclusão do circuito (ou das suas diferentes partes) ou a sua velocidade associada (obtida através da distância entre os pontos de controlo), aspetos fundamentais para a abordagem das realizações e a verificação das realizações que aumentam a aderência à atividade física. 

Esta componente de gamificação é uma das partes fundamentais tanto para a referida adesão como para o aumento da motivação para fazer uso do circuito, promovendo não só a prática da atividade física, mas também as relações sociais ao permitir a gamificação de comportamentos tanto a nível individual como de grupo. 

4.1 Participação individual e em grupo 

Os desafios, realizações e divulgação destes serão aplicados tanto a nível individual como de grupo, procurando a participação coletiva nos desafios. Desta forma, ITINERA2 oferece aos utilizadores a possibilidade de pertencer a grupos (por exemplo, bairros, clubes, associações de bairro, instituições, etc.) com o objectivo de promover as relações sociais e a aderência à própria atividade física. No entanto, para não distorcer os resultados, a filiação a um único grupo é limitada, embora a pessoa possa mudar de grupo a qualquer momento e juntar-se a outro grupo para alcançar novos desafios. 

Os grupos, liderados pela pessoa que o propõe, são totalmente personalizáveis, podendo contribuir com informações relativas à sua denominação e local (município), bem como definir um logotipo que permita visualizar de forma rápida e atraente os resultados coletivos (Ilustração 10). 

Além desta personalização, para motivar a participação grupal das primeiras pessoas, foi predefinida uma série de grupos aos quais os participantes se podem associar com entidades existentes no município de Tineo (Ilustração 11).

4.2 Desafios 

Um dos aspetos fundamentais, em termos de motivação, para a participação no projeto, tanto a nível coletivo como individual, é a inclusão de desafios, individuais e de grupo, aos quais os participantes aderem. 

Os desafios foram estabelecidos de acordo com diferentes parâmetros e medidas, que são obtidos de acordo com a participação ao longo do percurso. Os desafios incluídos no ITINERA2 são 

- Tempo de atividade. Ele mede o nível de participação individual. Ou seja, dias em que a pessoa ou os membros de um grupo estão ativos e registram atividade no circuito, recompensando o maior número de dias ativos. 

- Velocidade. Ele valoriza a maior velocidade alcançada no circuito. A nível do grupo, calcula-se a velocidade média entre os membros, valorizando positivamente a média mais alta. 

- Distância. Compila a distância total percorrida por cada participante, sendo a mais alta a mais valorizada. No caso de grupos, é valorizada a distância média dos seus membros. 

- Consumo de calorias. O sistema faz um cálculo baseado num algoritmo definido no Compêndio de Atividades Físicas Adultas⁸ , que oferece um coeficiente (METs) relativo ao nível de atividade física (METs x Kg = Kcal/h). É avaliado o maior consumo total de cada participante, enquanto ao nível do grupo é avaliada a média dos seus membros. 

- Desempenho pessoal. De forma semelhante ao consumo calórico, existe outro desafio onde o desempenho físico de cada pessoa é valorizado, tendo em conta factores individuais como o sexo e a idade. Para o cálculo deste coeficiente de desempenho pessoal, o sistema é baseado em marcas pessoais e fatores de idade, calculados com base nas especificações da WMA (World Masters Athletic Association)⁹. O resultado é um valor numérico que indica um nível artificial que pode ser comparado entre os usuários. Os valores mais altos são avaliados positivamente. No caso de desafios coletivos, é feita uma média dos coeficientes alcançados pelos seus membros. 

Dentro de cada um destes desafios, a plataforma oferece a possibilidade de visualizar uma classificação individualmente (Figura 13), anonimamente por nome de usuário, e em grupo (Figura 14) com uma comparação com o resto dos participantes.

4.3 Conquistas 

Além dos desafios descritos, e associados à componente de gamificação, foi incorporada uma opção associada às pessoas, emulando realizações virtuais e concedendo reconhecimento por tê-las alcançado. Estas realizações estão relacionadas com a regularidade (dias de exercício), distância percorrida e consumo de calorias acumuladas (Figura 15). 

Alguns exemplos destas conquistas são: 

- Crachá Maratorian@, ao completar os primeiros 42.195 quilómetros 

- Troféu "Meu Primeiro Quilómetro", quando a pessoa passa pelos dois primeiros postos de controle 

- Troféu "1000 Kcal queimados", quando são consumidos mais de 1000 Kcal. 

4.4 Divulgação das conquistas obtidas 

Para além da motivação direta e individual dos participantes através dos desafios, foi também implementado um sistema de comunicação que permite a receção de um e-mail, para aqueles que o desejem, que relata os resultados obtidos e os encoraja a continuar a participar (Ilustração 16). 

Adicionalmente, e para obter o reconhecimento público que ajuda a continuar praticando atividade física, a partir da parte privada do pedido (quando o participante tiver introduzido suas credenciais), onde a coleta de crachás é mostrada, a opção de compartilhar essas conquistas através das redes sociais da pessoa também é oferecida de uma forma simples. Desta forma, na base de cada cartão que simula o troféu há ícones que permitem a promoção das conquistas obtidas através de contas de: WhatsApp, Twitter, Facebook e e-mail (Figura 17). 

Uma vez desenvolvidos e testados os diferentes componentes que compõem o ITINERA2 a nível laboratorial e o ambiente para a implementação do ITINERA2, espera-se que nos próximos meses sejam concluídas as duas últimas fases propostas no cronograma (ou seja, Validação do sistema através da pilotagem de uma amostra representativa da população de interesse e Avaliação do impacto na melhoria da saúde e geração de um relatório sobre os resultados). 

Para tal, no âmbito da colaboração entre o CTIC Centro Tecnológico e a Câmara Municipal de Tineo, a Escola de Saúde de Tineo terá um papel fundamental na promoção da divulgação do ITINERA2 junto da população e na atração da população alvo, especialmente daqueles que já participam nas suas diversas iniciativas. Além disso, será feita uma apresentação oficial do projeto pela Câmara Municipal de Tineo, aumentando a visibilidade e a potencial participação da população no ITINERA2. De igual modo, será avaliada a possibilidade de o ITINERA2 ser divulgado a nível populacional pelos profissionais de saúde da Atenção Primária, com especial atenção às populações em que a atividade física é considerada benéfica, tanto a nível de intervenção como de prevenção. 

Posteriormente, serão recolhidos dados para posterior análise e geração de resultados para a obtenção de conclusões. 

6. Conclusões 

Portanto, como se pode ver ao longo do documento e indicado no início do mesmo, o projeto ITINERA2 cumpriu satisfatoriamente os três primeiros pontos do plano de trabalho proposto (ou seja, conceção do sistema de monitorização, desenvolvimento da estratégia de gamigicação e plataforma de consumo de dados e definição da rota e implementação de infra-estruturas), podendo, uma vez deslocalizado o cenário em que será implementado, validar o sistema no ambiente real, iniciando a monitorização dos utilizadores e, posteriormente, avaliar o impacto do ITINERA2 na sua saúde.

Em relação ao trabalho realizado, considera-se que o software desenvolvido se ajusta às necessidades da população alvo que participará do ITINERA2, oferecendo um alto grau de personalização com respeito às preferências dos utilizadores através, por exemplo, da criação e identificação de grupos locais. 

Da mesma forma, o elevado número de desafios e conquistas levantados, bem como a possibilidade de partilhar essas conquistas através de redes sociais, é considerado como gerador de uma notável motivação e aderência em relação a outras propostas que carecem deste componente, podendo facilitar a continuação da adesão subsequente após o final do período de funcionamento do ITINERA2. 

Neste sentido, os componentes de hardware e software foram testados em laboratório, simulando condições semelhantes às esperadas no ambiente real, mostrando resultados satisfatórios. Embora o ITINERA2 seja proposto como prova de conceito, dentro do quadro de incerteza que os projectos de I&D implicam sempre, espera-se também que o sistema funcione correctamente uma vez que seja utilizado no local escolhido. 

Em termos de implementação, embora a impossibilidade de implantar a solução no ambiente inicialmente prevista na proposta tenha sido um revés, especialmente em termos de tempo, a aceitação pela Câmara Municipal de Tineo da implementação no seu conselho permitiu superar este revés sem afectar, de forma particularmente significativa, o calendário inicialmente previsto. Por outro lado, tal como referido no início do documento, o envolvimento da Escola de Saúde é considerado um aspeto relevante para o desenvolvimento adequado do ITINERA2 , uma vez que o seu conhecimento local e poder de atracção a nível populacional é especialmente notável, favorecendo assim a participação e o envolvimento dos cidadãos. 

Uma vez neste ponto, as duas últimas fases do programa de trabalho serão desenvolvidas nos próximos meses, e serão obtidos dados empíricos para avaliar o potencial impacto do ITINERA2 na saúde dos participantes.

 

⁵ https://www.meteor.com

⁶ https://nodejs.org

⁷ https://www.mongodb.com