Realidad Aumentada: TFG Domótica

El documento inicia identificando la necesidad de un sistema que permita una interacción intuitiva y eficiente con los elementos de un hogar. Se plantea el desafío de reconocer el entorno doméstico para comprender qué objetos existen y cómo interactuar con ellos. El objetivo es lograr una experiencia de usuario atractiva, clara e intuitiva, utilizando la imagen capturada por la cámara de un dispositivo móvil como interfaz principal. Se busca la capacidad de seleccionar objetos visualmente y modificar su estado de forma sencilla e inmediata. La visión es trascender los sistemas actuales, ofreciendo un control exhaustivo incluso de los elementos más pequeños, a través de una interfaz de usuario limpia y accesible.

Para resolver el problema planteado, se propone una solución innovadora que combina la domótica con la realidad aumentada (RA). La RA, con su capacidad para superponer información digital al mundo real, se presenta como la tecnología ideal para crear una interfaz visual e interactiva con los objetos del hogar. El sistema utilizará la cámara del dispositivo móvil para reconocer el entorno y los objetos, ofreciendo al usuario opciones de interacción mostradas directamente sobre la imagen de la cámara. Se podrá controlar cualquier aparato electrónico y elementos no electrónicos como puertas, ventanas, persianas, etc., todo ello a través de una interfaz sencilla e intuitiva. La tecnología de reconocimiento de objetos juega un papel fundamental en esta propuesta, ofreciendo un control preciso y eficiente de todos los elementos del hogar.

Se realiza una breve revisión histórica de la domótica, destacando su origen en la automatización de edificios en la década de 1970 y su posterior evolución hacia la automatización de elementos más pequeños en el hogar durante la década de 1980. Se mencionan dos protocolos de comunicación relevantes para los sistemas de domótica: X-10 y KNX/EIB. Se comparan sus características, señalando que X-10, aunque más difundido por su bajo coste y fácil instalación, presenta limitaciones en instalaciones complejas. Por otro lado, KNX/EIB permite sistemas más complejos, pero su costo es significativamente mayor debido a la necesidad de un cableado específico. Se discuten las ventajas e inconvenientes de las arquitecturas de control centralizada, descentralizada y distribuida (Plug and Play), analizando sus implicaciones en la instalación y escalabilidad de los sistemas.

Se introduce CEDOM (Comité Español de la Domótica), su creación en 1992 y su posterior evolución hasta convertirse en la única asociación a nivel nacional que reúne a todos los agentes del sector: fabricantes, instaladores, desarrolladores, universidades y medios de comunicación. Se resalta su importante aportación a la estandarización de la domótica en España, mencionando su propuesta de Documento Reconocido para el Código Técnico de la Edificación (CTE) en 2014, con el objetivo de contabilizar la contribución de la domótica e inmótica en la certificación energética de edificios, basándose en la norma UNE-EN15232. Este trabajo de CEDOM demuestra su compromiso con el avance y la regulación del sector de la domótica en España, ofreciendo un marco para la integración y estandarización de las tecnologías en el ámbito de la eficiencia energética.

El desarrollo del sistema de control domótico se basa en la utilización de la Realidad Aumentada (RA). Para la implementación de la RA, se optó por la librería ARCore de Google. La decisión se justifica por la sencillez de uso de esta librería, lo cual se considera suficiente para las necesidades del proyecto. ARCore permite la superposición de información digital sobre el mundo real en tiempo real, facilitando la interacción con los objetos del hogar. La elección de ARCore se considera una decisión acertada dadas las características del proyecto y la facilidad de integración con el sistema operativo Android, elegido para el desarrollo de la aplicación móvil.

La arquitectura del sistema se basa en un modelo cliente-servidor. La aplicación Android, que actúa como cliente, se encarga de la interacción con el usuario y el reconocimiento de objetos en tiempo real. La comunicación entre cliente y servidor se realiza mediante sockets, facilitando el intercambio de información de forma eficiente. El servidor gestiona el estado de los objetos y ejecuta las acciones solicitadas por el cliente. Se optó por sockets debido a la disponibilidad de librerías y recursos en línea, y su uso previo en los estudios realizados antes del proyecto. Para obtener información sobre las opciones disponibles para cada objeto, se utilizan peticiones HTTP; mientras que el envío de las acciones seleccionadas por el usuario se realiza mediante la conexión socket.

El diseño de la interfaz de usuario se enfoca en la claridad y la intuición. El objetivo es facilitar la interacción del usuario con el sistema de control domótico. La interfaz se divide en tres vistas principales, optimizando la experiencia de usuario. Una vista muestra la cámara en tiempo real y un indicador de bloqueo/desbloqueo del sistema. Otra vista se encarga de mostrar los controles interactivos para cada objeto reconocido. La tercera vista presenta las opciones disponibles para cada objeto seleccionado. Se utilizan marcadores para identificar los objetos en el mundo real y vincularlos con sus controles virtuales. Esta estructura de la interfaz de usuario busca ofrecer una experiencia intuitiva y amigable, facilitando el control de los objetos de la casa.

La aplicación Android está desarrollada en Java. Una clase central llamada 'Activity' gestiona la interacción con la cámara, el reconocimiento de marcadores y la comunicación con el servidor. Se utilizan objetos ARObject y ARToolkit de la librería ARCore para representar los objetos reales y gestionar el sistema de RA. La clase CustomObject1.java gestiona la detección y visualización de los controles para cada objeto. La clase MenuBaseDatos.java controla el estado de los objetos en la base de datos y el mundo virtual, proporcionando una interfaz de gestión de la base de datos. El intercambio de mensajes entre cliente y servidor se maneja de forma asíncrona usando hilos en segundo plano para prevenir la saturación de la red y el dispositivo. El desarrollo final se basó en la integración gradual de módulos, probando cada uno hasta el ensamblaje final del sistema.

El proyecto surgió de una reflexión personal sobre la posibilidad de crear un mando universal sencillo, inspirado en un artículo sobre el Internet de las Cosas. Una primera conversación sobre el tema, a las pocas semanas de la idea inicial, sirvió para generar ideas preliminares, aunque el desarrollo se pospuso para el siguiente año académico. Esta fase inicial destaca la importancia de la conceptualización y la búsqueda de inspiración externa para la generación de ideas innovadoras en el ámbito de la domótica y la realidad aumentada. El planteamiento inicial, si bien informal, sienta las bases del proyecto futuro.

Para el desarrollo de la aplicación, se hizo necesario un periodo de aprendizaje en programación Android. Para ello, se utilizó una tablet Galaxy con Android 4.1 como herramienta de aprendizaje. Se realizaron aplicaciones sencillas, como un conversor digital o un contador de letras, a modo de práctica. Este proceso de aprendizaje, que no estaba contemplado inicialmente dentro de la formación académica, resalta la capacidad de adaptación y autoaprendizaje del autor para enfrentarse a las necesidades del proyecto y adquirir las habilidades técnicas necesarias para su desarrollo.

Inicialmente, el proyecto se basaba en el posicionamiento indoor para la localización de objetos. Sin embargo, tras varias reuniones y una profunda investigación, se decidió cambiar de enfoque, optando por el reconocimiento de objetos como método principal. Este cambio, que se produjo en abril, se debió a las limitaciones encontradas en el enfoque inicial. La proximidad de los exámenes finales obligó a posponer el desarrollo hasta su finalización. Esta etapa refleja la capacidad de adaptación y toma de decisiones cruciales en el proceso de desarrollo de un proyecto de investigación.

El 15 de julio de 2014, se definió el objetivo final del proyecto: un sistema de reconocimiento de marcadores que permitiera la interacción con objetos cotidianos a través de una interfaz sencilla. El resultado final debía ser un sistema que permitiese actuar sobre objetos del mundo real representados en un mundo virtual. Sin embargo, la disponibilidad de tiempo durante el verano se vio reducida por otros compromisos laborales, posponiéndose el desarrollo intensivo del sistema hasta agosto. Esta fase muestra la importancia de la planificación y la necesidad de adaptarse a las limitaciones de tiempo y recursos en la ejecución de un proyecto de este tipo.

La estimación del tiempo de desarrollo fue difícil al principio, debido a la falta de documentación sobre las tecnologías involucradas. Por ello, se comenzó a investigar a lo largo del curso académico. A medida que avanzaba el proyecto, se fue comprendiendo la complejidad de cada sistema. Esto hizo que la planificación inicial con reuniones y hitos fuese ineficaz, debido a la dependencia del ritmo de aprendizaje y comprensión. La metodología final consistió en la integración gradual de los módulos del sistema, probando cada nuevo componente uno por uno hasta lograr la funcionalidad completa. Este enfoque iterativo refleja la adaptación a la complejidad del proyecto y la importancia de la experimentación en el desarrollo de software.

El documento explora las aplicaciones actuales de la realidad aumentada (RA) en diferentes sectores, mostrando su potencial más allá del ámbito doméstico. Se menciona su aplicación en la industria, donde el reconocimiento de objetos en sistemas complejos como motores o máquinas permite conocer su funcionamiento, instrucciones y correcto montaje. En publicidad, la RA permite añadir datos a materiales impresos o vallas publicitarias, ofreciendo información adicional y un formato más atractivo con videos o animaciones. También se sugiere su utilidad en el turismo, actuando como guía turístico virtual al proporcionar información contextual sobre los elementos que rodean al usuario, como la historia de un monumento o información de un restaurante. Estas aplicaciones muestran la versatilidad de la RA y su potencial para mejorar la experiencia del usuario en diferentes contextos.

La discusión se extiende al futuro de la domótica y la RA, en el contexto del Internet de las Cosas (IoT). Se vislumbra un futuro donde la RA estará presente en nuestras vidas, con opiniones diversas sobre sus implicaciones sociales. Se prevé que para 2020 la RA esté integrada en la vida diaria, impactando en la conexión total del ser humano a las redes y planteando cuestiones sobre la privacidad. Se describe la visión de casas inteligentes más controlables, con mayor automatización y opciones que aumenten el tiempo libre. Se menciona el desarrollo de casas con autosuficiencia energética, utilizando placas solares y gestión eficiente de residuos, con interiores adaptables y sistemas de higiene conectados a servicios médicos. El IoT se describe como una red que va más allá de los aparatos electrónicos, monitorizando diversos aspectos de la vida, desde cosechas hasta el nivel de tinta de una pluma.

Se profundiza en la evolución hacia las casas inteligentes, donde la domótica proporciona automatización y control. Las tareas rutinarias del hogar se automatizan, desde el cuidado del jardín hasta la gestión de energía. Se destaca el papel de empresas como Intel en el desarrollo de procesadores de bajo consumo y servidores fiables para el intercambio de datos en estas casas conectadas. El reto de gestionar el gran volumen de datos que se intercambiarán requiere soluciones eficientes para garantizar la fluidez y la privacidad. Se mencionan las gafas de RA (Google Glass) y los wearables como elementos clave en el IoT, ofreciendo información en tiempo real al usuario. El ejemplo de LG Home Chat se presenta como un ejemplo de la integración de los electrodomésticos en el hogar inteligente, permitiendo su control y programación con una sola orden.

El documento reconoce los desafíos para la adopción masiva de estas tecnologías. La seguridad en las redes de comunicación se presenta como un problema crucial, ya que la interconexión de todos los dispositivos en el hogar los hace vulnerables a ataques de hackers. Se subraya la necesidad de que los sistemas de seguridad avancen al mismo ritmo que los sistemas de domótica para prevenir intrusiones y proteger la información privada. El costo de estas tecnologías también se menciona como un obstáculo, aunque se espera una disminución progresiva del precio en el futuro. La pregunta planteada al final del capítulo es si estamos preparados para integrar esta tecnología en nuestra vida diaria, considerando los aspectos técnicos, éticos y de seguridad.

El proyecto se considera un éxito, a pesar de las dificultades iniciales. Se logró desarrollar una aplicación funcional que cumple con los objetivos planteados inicialmente. Se resalta la capacidad de llevar un sistema propio en un smartphone, aunque sea en un entorno virtual. La aplicación demuestra la viabilidad de utilizar la realidad aumentada para el control de la domótica, ofreciendo una interfaz intuitiva y eficiente para la gestión de los objetos del hogar. El resultado final es una demostración de las capacidades de la realidad aumentada y la domótica en la creación de un sistema de control innovador y práctico.

Se propone la continuación del trabajo para alcanzar un sistema real y útil, yendo más allá del prototipo actual. Se plantea la necesidad de ampliar el sistema para integrar nuevas tecnologías y mejorar la interfaz de usuario. El objetivo futuro es desarrollar un sistema que pueda integrarse en un hogar real, ofreciendo un control domótico eficiente y accesible para los usuarios. Se menciona la posibilidad de integrar nuevas tecnologías para lograr un sistema más robusto y eficiente, mejorando aspectos como el procesamiento de datos, la gestión de la energía y la seguridad. El autor manifiesta su deseo de seguir trabajando en este campo, para aportar al conocimiento tecnológico en la domótica y la realidad aumentada.

La conclusión incluye una reflexión sobre el impacto de la tecnología en la vida cotidiana. Se menciona la cita de Nicola Liberati, sobre la importancia de considerar no sólo lo que se puede hacer con la tecnología, sino en lo que nos convertiremos al usarla. Esto hace referencia a las implicaciones éticas y sociales del uso de la realidad aumentada y el Internet de las cosas, incluyendo la privacidad y la dependencia de las máquinas. Se enfatiza la importancia de desarrollar sistemas que sean no solo funcionales sino también seguros y éticos, considerando el impacto que pueden tener en la vida de las personas. La integración de estas tecnologías debe hacerse de manera responsable, minimizando los riesgos y maximizando los beneficios para la sociedad.