aplicaciÓn mÓvil para la detecciÓn automÁtica de las

X JORNADA DE CIENCIA TECNOLOGIA Y SOCIEDAD DÉCIMA SEGUNDA COMPETENCIA DE PROYECTOS ACADÉMICOS

Universidad de Guayaquil

Facultad de Ingeniería Industrial 01 de septiembre al 03 de septiembre del 2021

X Jornadas de Ciencia, Tecnología y Sociedad

Décima Segunda Competencia de Proyectos Académicos

http://www.fi.ug.edu.ec/

https://gifii.wordpress.com/

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APLICACIÓN MÓVIL PARA LA DETECCIÓN AUTOMÁTICA DE LAS POSTURAS

CORRECTAS DE YOGA A TRAVÉS DE UN FRAMEWORK DE INTELIGENCIA

ARTIFICIAL.

Luis Jacome Autor1, Mikella Zapata Autor2, Alisson Pilozo Autor3, Juan García Tutor4.

(1) [email protected] Facultad de Industrial, Universidad de Guayaquil.




Resumen.

Debido a la gran cantidad de lesiones a la hora de hacer posturas en clases de yoga, exclusivamente

dolores en la región de la espalda de los practicantes de este conjunto de técnicas, se ha buscado

una solución que, de soporte en beneficio a aliviar dolencias a los practicantes, ya que en la

actualidad el yoga se ha convertido en un gran efecto universal debido a que se han practicado cerca de cien

posturas y técnicas, que integran la relajación, meditación y reflexión además ayuda a lidiar con el estrés,

la ansiedad y la depresión. Contribuye a conservar las capacidades físicas primordiales como el esquelético,

articular, nervioso, muscular, la estabilidad, la fuerza, la flexibilidad, la coordinación y fortalece los niveles

tantos físicos como emocionales del ser humano. En el presente artículo se plantea el desarrollo de una

aplicación móvil nativa desarrollada para Android que brinda el beneficio de detección de postura,

considerando componente ML Kit a través de la inteligencia artificial y el registro de los videos guardados

que se graban en Cloud Storage para Firebase. La aplicación tendrá el beneficio de ayuda a disminuir las

conjeturas musculares a la hora de practicar este ejercicio y que el valor agregado es supervisar los

movimientos en tiempo real y notificar si la posición está siendo empleada correctamente y adicionar calidad

en el antiestrés, que les ayude a dar una mejor ejecución y así perfeccionar la pose y tener un valor agregado

con respecto a los beneficios fisiológicos, psicológicos y terapéuticos.

Palabras Claves. Yoga, relajación, meditación, posición, posturas, ML KIT.



mailto:[email protected]











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1. INTRODUCCIÓN

El Yoga se ha convertido en un gran impacto mundial ya que se practica un centenar de

posturas y técnicas, como respiración , relajación y meditación que permitirán hacer frente al

estrés, a la ansiedad, al igual que la alteración o deficiencia orgánica del aparato motor o de su

funcionamiento, que afecta al sistema óseo, articular, nervioso y/o muscular, perpetuando sobre

las capacidades físicas básicas como el equilibrio, fuerza, flexibilidad y coordinación , ayudando

a fortalecer y desarrollar los niveles de ser humano, tanto en su aspecto físico como emocional.

De acuerdo con De GARCÍA, M. [3] El Yoga es una ciencia pragmática y atemporal,

desarrollada a través de milenios, que trata del bienestar físico, moral, mental y espiritual del

hombre como un todo. Originada en la India hace 5000 años, su práctica se popularizó en el mundo

occidental el siglo pasado, en la década de los años 60 y 70 con un enfoque más bien físico.

También se ha descrito el Yoga como un arte, como sabiduría en acción o vivir equilibradamente

entre actividades, con armonía y moderación.

En el año 2019, el mundo se enfrentó a una de las pandemias más mortíferas de la historia. En

consecuencia, Ecuador declaró el estado de emergencia por la Covid-19. Por tal razón esto ha

llevado a una acción pública sin precedentes para combatir la propagación del virus, incluida la

cuarentena física que origino un malestar psicológico en el territorio ecuatoriano vinculado a este

agente patógeno. Como resultado, algunas de las personas afectadas padecían depresión severa o

extremadamente severa (10,3%), ansiedad (19,2 %) y estrés (13,5%). En este tiempo de pandemia,

en un entorno global donde las emergencias generan altos niveles de estrés, los profesionales de la

salud mental recomiendan el yoga como una herramienta para la relajación y sus practicantes están

convencidos de que la milenaria disciplina ayuda a mantener la calma frente a la incertidumbre que

nos rodea, aunque existen en el mundo tecnológico decenas de aplicaciones de yoga estas no tienen

detección de posturas como la que se ha desarrollado.

Este proyecto tiene como punto principal satisfacer e innovar las necesidades de practicantes

del yoga en materia de relajación, bienestar y descanso. Además, de detectar las posturas correctas

en tiempo real desde nuestros dispositivos móviles e integrarse estratégicamente en la vida del

usuario, ya que la inteligencia artificial ha tenido un gran impacto en nuestra sociedad.










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2. OBJETIVOS:

2.1 Objetivo General:

• Desarrollar una aplicación móvil que detecta las posturas correctas de yoga, mediante la cámara

de nuestro celular en tiempo real.

2.2 Objetivos Específicos:

• Diseñar una arquitectura de software con componentes de machine learning, Android.

• Crear un componente de software para la detección automática de posturas en tiempo real a través

de un marco de trabajo de inteligencia artificial

• Evaluar la postura y verificar si es correcta, así lograr la concentración del participante de yoga.

3. METODOLOGÍA

En la Figura 2 se detalla la arquitectura de la aplicación móvil para la detección de postura correctas

de yoga que conlleva como componente principal la biblioteca Pose Detection de ML Kit, y herramientas

utilizadas para el desarrollo de la aplicación móvil, las cuales se detallan a continuación:

3.1 Pose Detection de ML Kit La API de detección de pose de ML Kit es una solución liviana y versátil para que los desarrolladores

de aplicaciones detecten la pose del cuerpo de un sujeto en tiempo real a partir de un video continuo, produce

una coincidencia esquelética de 33 puntos de cuerpo completo que incluye puntos de referencia faciales

(oídos, ojos, boca y nariz) y puntos en las manos y los pies. La Figura a continuación muestra los puntos de

referencia mirando al usuario a través de la cámara, por lo que es una imagen reflejada [7]. El lado derecho

del usuario aparece a la izquierda de la imagen (Figura 1).

3.2 Librería Landmarks

Michonski, J [5]. Al tener una nueva medición, después del preprocesamiento y cálculo del cuadro

delimitador, la transformación entre el cuadro delimitador actual y el medio se puede encontrar fácilmente

(de hecho, esto equivale a moverse entre sistemas de coordenadas y escalado). Figura 1. Esta

transformación se utiliza para transformar la forma media en el sistema de coordenadas de la nueva

medición. El papel de esta aproximación es doble:

• aproximación de áreas donde se encontrarán las estructuras anatómicas; con este conocimiento se

puede evitar la optimización global y la optimización local realizada para cada área es suficiente;

• los puntos son posiciones de partida potencialmente buenas que pueden facilitar y acelerar el

proceso de optimización.

3.3 Firebase Es una plataforma para el desarrollo de aplicaciones web y móviles, proporcionada por Google [10].

También se conoce a Firebase, como un conjunto de herramientas orientadas a la creación de aplicaciones

de alta calidad.










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3.4 Firebase Storage

Firebase Storage, también conocido como Cloud Storage, es un almacenamiento incorporado a la

plataforma Firebase, se puede utilizar para almacenar y administrar medios generados por usuarios de

aplicaciones web y móviles [10].

2.4 Android Android es un Sistema Operativo diseñado por Google para teléfonos móviles o smartphones basado

en el S.O. Linux [11].

3.5 Android Studio

Es el entorno de desarrollo integrado (IDE) oficial para la creación de aplicaciones para Android, se

encuentra basado en IntelliJ IDEA, este entorno contiene un emulador y un sistema de compilación

flexible Gradle [11].

4. MARCO TEÓRICO

4.1 Beneficios del Yoga. La práctica de ejercicios alternativos del Yoga es un ente primordial para mejorar las condiciones físicas

en las personas, dotando de enormes beneficios en la salud.

Los beneficios se agrupan en dos categorías: beneficios fisiológicos y beneficios psicológicos además

se basa en la práctica regular la respiración y meditación. A continuación, se enumeran los beneficios

generales más relevantes para la salud. [2]

Beneficios fisiológicos Porcentaje del beneficio

Aumento de la flexibilidad 56%

Alineación de la postura, “andar más derecho” 48%

Conciencia Corporal “estar más en el cuerpo” 43%

Aumento de la capacidad de relajarse 39%

Aceptación del propio cuerpo con sus limitaciones 35%

Mejora en la capacidad respiratoria 29%

Alivio de dolores crónicos 22%

Beneficios psicológicos Porcentaje del beneficio

Aumento de la confianza en sí mismo, Autoaceptación 67%

Bajar la energía mental, despejar la mente, lograr calma mental 69%

Sentirse más centrados, más equilibrados psicológicamente 65%

Canalizar energía negativa, botar malos pensamientos 49%

Aumento de fuerza de voluntad, determinación 35%

Tabla 1 Beneficio del Yoga










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4.2 Posturas correctas.

Tabla 2 Posturas Correctas

4.3 Riesgos por mala postura.

Aunque el yoga puede ayudar a prevenir y tratar muchas enfermedades, también puede provocar

lesiones, sobre todo si no se hace de forma correcta y consciente.

• Problemas de espalda y de columna Cuando se curva la zona lumbar, las partes frontales de las vértebras lumbares se comprimen. Los discos

que hay entre las vértebras se empujan hacia atrás y, si están débiles, pueden descolocarse o romperse y










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comprimir los nervios espinales cercanos [4]. Este tipo de compresión nerviosa es una causa común de

ciática, un dolor que puede irradiarse hacia las piernas y llegar hasta los dedos de los pies.

• Lesiones de cuello Las posturas de inversión en las que la cabeza se apoya en el suelo, como la postura sobre los hombros

(sarvangasana), la postura del arado (halasana) y la postura sobre la cabeza (sirsasana) pueden provocar

lesiones de cuello. Las versiones estándar de la postura sobre los hombros y la postura del arado pueden no

ser seguras para la mayoría de la gente si no se colocan mantas dobladas u otro tipo de apoyo bajo los

hombros.

• Lesiones de hombros Para sostener en su sitio la cabeza del húmero, el hueso del brazo, los tendones de cuatro músculos

forman una especie de “enchufe”. Estos tendones se inflaman fácilmente con la actividad, y el resultado es

lo que se conoce como tendinitis del manguito de los rotadores. El yoga puede provocar lesiones en el

manguito de los rotadores o reactivar las antiguas.

• Lesiones de rodilla

Mucha gente con bastante rigidez tiene una excesiva movilidad en la rodilla que puede

observarse en asanas como la postura del triángulo (trikonasana), la postura del árbol (vrksasana)

y hasta la postura de la montaña. Al estirar la rodilla, se comprime la articulación y se crea mucha

tensión en el menisco interno, el cartílago que absorbe los golpes de la rodilla.

• Lesiones de tobillo

El resultado es una mala posición de la articulación del tobillo. Así se estiran los ligamentos de esta

articulación del mismo modo que cuando se sufre un esguince de tobillo. Si se hace repetidamente, se pueden

estirar los ligamentos, lo cual produce inestabilidad y la posibilidad de que se sufran futuros esguinces de

tobillo. Esta posición del tobillo también puede añadir presión a los ligamentos de la rodilla.

5. Coordenadas de posturas correctas.

Para determinar las coordenadas de posturas correctas primero se tomó imágenes de expertos, de maestros de yoga

disponibles, y además se tomó la postura de personas en tiempo real con la utilización de la cámara de nuestro

dispositivo móvil y con esto se determinó un promedio de las coordenadas. De esta forma la aplicación logro

determinar la postura correcta con un intervalo de precisión +-X, donde X es configurado por el usuario y el valor por

defecto es 5. Es decir, se capturo las coordenadas correctas y se hicieron pruebas en tiempo real, las cuales se muestran

a continuación en la siguiente tabla.










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COORDENADAS DE POSTURAS CORRECTAS

POSTURA Hombro

Izquierdo

Hombro

derecho

Codo

Izquierdo

Codo

Derecho

Cadera

Izquierda Cadera

Derecha

Rodilla

Izquierda

Rodilla

Derecha

Cobra 8.533.379 2.493.388 155.628.118 167.744.911 65.308.848 69.156.519 8.163.497 10.022.567

Silla 4.083.005 7.058.673 162.490.382 164.203.458 86.062.801 92.487.008 19.074.113 15.664.330

Curva hacia

delante 10.713.288 5.973.813 160.446.161 165.091.847 85.984.780 88.687.401 18.324.295 14.579.814

Guerrero II 10.192.227 4.999.405 146.517.574 168.168.232 66.525.332 79.147.658 11.740.945 14.509.123

Postura Fácil 6.541.231 14.255.083 153.434.766 177.832.598 97.035.200 77.687.719 25.451.624 19.056.081

Pose de niño 32.341.280 34.697.163 132.943.775 133.399.059 170.746.287 165.237.470 179.583.760 179.296.062

Pinzas de pie 27.870.505 26.599.099 132.554.728 133.879.904 163.078.430 169.962.854 174.953.182 179.924.549

Guerrero I 25.244.714 24.815.232 171.262.694 171.958.400 167.918.958 166.584.342 179.591.163 177.714.350

Postura de la

Montaña 24.983.732 18.345.772 161.487.519 179.777.819 170.559.495 168.409.232 179.217.187 177.440.177

Postura del

Triángulo 47.681.568 13.987.148 102.536.948 176.013.866 169.051.608 172.422.006 176.481.396 176.763.315

Tabla 3 Coordenadas de posturas correctas

6. Resultado.

De acuerdo con el prototipo de la aplicación se presentó un primer modelo que sirvió como

representación o simulación del producto final y que nos permite verificar el diseño y confirmar que cuenta

con las características específicas planteadas. (Figura 3) A continuación se detalla la aplicación móvil

funcionando con las pantallas que se obtuvieron como resultado.

Figura 4 Inicio de sesión del Usuario Figura 9 Lista de Beneficios










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Figura 5 Detección de postura Cobra Figura 6 Detección de postura Fácil

Figura 7 Detección de postura Triangulo Figura 8 Detección de postura Silla










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En la figura 4 se muestra el inicio de la aplicación lo que pedira que ingrese su correo y contraseña, es

una interfaz de facil uso, en la figura 9 se puede observar las lista de beneficios fisiologicos y psicologicos

si se practica el yoga de una forma correcta sin lastimar las articulaciones empleadas en la ejecucion de las

posturas de yoga.

En la figura 7, 8 se detecta las posturas con imágenes de profesionales en la practica de yoga y con el

exoesqueleto va mostrando los puntos en las posturas realizadas y verificarlas como correctas y

adicionalmente mostrando el nombre de la postura.

En la figura 5, 6 se hizo una prueba en tiempo real lo que facilito a que se detecte automaticamente el

nombre de la pose y los puntos de las coordenadas con cada moviminto, para esto utilizamos la cámara de

nuestro dispositivo

6.1 Discusión

El proyecto presentado, tiene como objetivo mejorar los problemas articulares en la zona de la espalda

a la hora de practicar una postura, tiene la capacidad de detectar las coordenadas que identifica los puntos

de referencia del exoesqueleto y que sea eficazmente correcta para añadir el beneficio a la hora de realizar

esta práctica de relajación que presenten los usuarios.

La implementación de todos los componentes mencionados anteriormente da como resultados

altamente positivos, lo que nos ha permitido comprobar que gracias a la implementación de MLKIT

nuestra aplicación móvil ha logrado con objetivo deseado además los beneficios que el yoga aportan tanto

en el desarrollo físico, emocional y bioquímico. Ha sido beneficioso a las personas que lo practican de

manera que mostraban más seguridad y tranquilidad al momento de realizar cada postura y no tener

inconvenientes por la mala práctica de la misma.

Es fundamental que la práctica del yoga sea impartida por los instructores especializados en estas

actividades, pues podría resultar peligrosa si no se tienen los conocimientos y la experiencia adecuada, no

obstante, con la ayuda de la aplicación móvil Safe Yoga evitaríamos riesgos en nuestra salud. Se considera

que el yoga es una excelente actividad integradora de los aspectos emocional, intelectual e ingenioso.










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7. REFERENCIAS

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[2] Cordero, T. (2019). Beneficios para la salud del yoga. Beneficios de yoga.

http://pft.nestaonline.com/wp-content/uploads/2016/12/xtras-yoga-for-pft.pdf

[3] De Gracia, M. y Marcó, M. (2000). Efectos psicológicos de la actividad física en personas

mayores. Psicothema, Año/vol.12, número 002 Universidad de Oviedo, España pp. 285-

292. Consultado en abril 22, 2010. http://www.psicothema.com/pdf/291.pdf

[4] McCall, T. (2016). Prescripción del yoga para la salud. Yoga y Medicina.

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[5] Michonski, J. (2019). Automatic recognition of surface landmarks of anatomical structures of

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https://www.spiedigitallibrary.org/journals/journal-of-biomedical-optics/volume-17/issue-

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back/10.1117/1.JBO.17.5.056015.full?SSO=1&tab=ArticleLinkCited

[6] Muñoz, T. M. D. C. (2018, 7 julio). Dspace de la Universidad del Azuay: Diseño de

accesorios textiles para la práctica del Yoga y la meditación. Practica Yoga.

http://dspace.uazuay.edu.ec/handle/datos/8124

[7] Pose Detection | ML Kit |. (2020). Google Developers. https://developers.google.com/ml-

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[8] YogaHelp: Leveraging Motion Sensors for Learning Correct Execution of Yoga with

Feedback. (2019). IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore.

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[9] Vidaurre, C. R. (2019, 14 noviembre). Modelo inteligente basado en técnicas de inteligencia

artificial y su impacto en el desarrollo de aplicaciones en los dispositivos móviles.

http://repositorio.unfv.edu.pe/handle/UNFV/3729

[10] Kobi Bohbot, Firebase Storage: ¿Qué es y cómo funciona? Back4App. Acceso (2020)

https://blog.back4app.com/firebasestorage/#:~:text=Firebase%20Storage%20is%20storag

e%20incorporated,programmatically%2C%20including%20cloud%20storage%20functio

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[11] Roblado David, Desarrollo de Aplicaciones Para Android I, Ministerio de Educación,

Cultura y deporte. Acceso (2020)

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8. ANEXOS

Figura 1 Landmarks

Figura 2 Arquitectura de la Aplicación










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Figura 3 Prototipo de la aplicación



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