Todo lo que un físico necesita llevar en un bolsillo

Qué encontrarás en esta entrada?

• Análisis de Physics Toolbox Sensor Suite.
• Comparación con otras aplicaciones similares.
• Ejemplos de uso. 

Hoy vamos a hablar de Physics Toolbox Sensor Suite.

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En concreto, de su versión gratuita disponible en Google Play Store. Esta aplicación consiste en un conjunto de herramientas para la visualización y captura de los datos de los distintos sensores de tu dispositivo móvil, con la posibilidad de exportación para el posterior análisis más detallado en programas como MATLAB/Octave (por ejemplo).

En este blog no es la primera vez que tratamos un tema similar. Por ejemplo, aquí analizábamos Science Journal vs AndroSensor (spoiler: en mi opinión, el primero gana en lo que se refiere a la interfaz y experiencia de usuario, pero el segundo es mucho más detallado en lo que se refiere a la recolección de datos). ¿Existirá un término medio entre ambas aplicaciones? Pues creo que Physics Toolbox Sensor Suite está en ese deseado punto medio y con algunas cosas propias que aportar.

Diseño de Physics Toolbox Sensor Suite en la vista de gráficas por cada componente del magnetómetro

En mi opinión, Physics Toolbox Sensor Suite tiene ya un diseño más atractivo con respecto a Androsensor y cuenta una apariencia más profesional que Science Journal.

Science Journal mostrando una anotación en cierto punto de la gráfica

Diseño espartano de AndroSensor (con publicidad)

Sin embargo, seguimos sin disponer de herramientas de usabilidad como las anotaciones en ciertos puntos de la gráfica con las que sí contaba Science Journal (y que personalmente creo que son una genialidad). En relación a los datos que muestra/registra cada aplicación, abajo podéis ver una tabla con la comparativa (basado en los sensores de un SAMSUNG Galaxy Note 9).

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Como veis, lo primero que salta a la vista es que Science Journal es bastante más simple que los demás. Respecto a los otros dos, están bastante empatados, aunque es verdad que Physics Toolbox Sensor Suite parece que le da más importancia los datos visualizados que a los registrados. Esto es una lástima, porque muestra una gran cantidad de datos asociados, por ejemplo, al GPS, pero cuando haces una medida múltiple no guarda cosas tan básicas como la altitud (aunque este valor se pueda estimar a partir de la presión atmosférica, que sí queda registrada).

También hay varias herramientas en Physics Toolbox Sensor Suite muy originales para analizar la frecuencia sonora (de las que AndroSendor no dispone), pero ninguna de ellas registra datos a la hora de hacer medias (son sólo para visualización en el momento).

Por otra parte, una gran ausente en Physics Toolbox Sensor Suite respecto a AndroSendor es la medida de la gravedad. Ambas aplicaciones te permiten ver los valores del acelerómetro y los de la aceleración lineal que queda al descontar los efectos gravitatorios, pero AndroSensor te muestra (y registra) expícitamente cómo afectaba la gravedad a tu dispositivo mientras que no es así en Physics Toolbox Sensor Suite. Pese a ser una medida indirecta que podría obtenerse de las demás, me parecía interesante tenerla.

También quería comentar que los datos exportados dependen del modo en el que estemos. Physics Toolbox Sensor Suite permite realizar medidas de magnitudes concretas cuando las estemos visualizando, o medidas de varias magnitudes simultáneamente (que creo que es mucho más interesante para ver relaciones entre ellas). Respecto a esto segundo, hay dos modos: 'Sensor Dual' y 'Reporte Múltiple'. El primero visualiza gráficamente sólo dos magnitudes que registra de forma simultánea. El problema es que no todas las magnitudes están disponibles para seleccionar y que sólo se pueden medir de dos en dos. El segundo modo permite el registro de la mayoría de las magnitudes simultáneamente (es el modo en el que he basado la tabla de unos párrafos más arriba), pero la visualización en el momento de realizar la medida deja bastante que desear (son sólo una ristra de números cambiando velozmente). Si no afectase demasiado a la frecuencia de muestreo, me gustaría un término medio: poderlo registrar todo a la vez con una interfaz a tiempo real que te permita ver cómo cambia de una manera visualmente atractiva.

En relación a la exportación de datos, la primera dificultad con Physics Toolbox Sensor Suite me la encuentro con el formato. Aunque he leído que es posible, no encuentro dónde cambiar el formato del ".csv" generado. Por defecto me aparece:

• Separador de columnas: ";"
• Separador de decimales: "," (formato español)

El problema es que muchos programas, como MATLAB/Octave, pueden tener problemas con este formato (ya que suelen trabajar en formato anglosajón). En los citados programas existe la  función 'csvread' que requiere lo contrario:

• Separador de columnas: ","
• Separador de decimales: "."

También se puede utilizar 'dlmread', ya que aquí se permite cambiar el separador al gusto, pero el propio MATLAB no lo recomienda y, en cualquier caso, estaría el problema del separador de decimales. Mi solución a esto ha sido realizar una pequeña transformación previa con un script de Linux de la forma:

cat $1 | sed -e 's/,/./g' | sed -e 's/;/,/g' > trans_$1

Donde '$1' es el fichero a transformar. Ahora sólo tengo que ejecutar el script la primera vez que quiera leer unos datos y puedo trabajar con ellos.

Con respecto a la frecuencia de muestreo, AndroSensor no recomienda tomar medidas cada menos de 0,1s, aunque se puede configurar para que las tome cada 0,005s. Sin embargo, esto no funciona del todo bien (como veremos algo más abajo). Por parte de Physics Toolbox Suite, cada sensor tiene su propia frecuencia.

He hecho un par de medidas globales con los siguientes resultados (que, una vez más, dependerán de mi dispositivo).

Muestreo en AndroSensor

Muestreo en Physics Toolbox Sensor Suite

Si calculamos la frecuencia media de muestreo, es algo menor de 5ms para AndroSensor (con un máximo de 11ms) y de algo más de 6ms (con un máximo de 56ms) para Physics Toolbox Sensor Suite. Aunque estas estadísticas parecen poner a AndroSensor como claro ganador, hay que tener en cuenta algo más antes de emitir veredicto. Se han ocultado columnas para mejorar la visualización del muestreo de AndroSensor, por lo que deberéis hacer un pequeño acto de fe y creedme cuando os digo que las filas marcadas en amarillo no contienen ningún cambio salvo la marca de tiempo. Las celdas en rojo muestran los cambios de una medida a otra y podemos ver fácilmente que en el caso de Physics Toolbox Sensor Suite siempre hay algún elemento relevante que cambia con cada toma de datos.

Es decir, dado lo improbable de obtener exactamente lo mismo en dos medidas consecutivas de sensores como el acelerómetro, creo que está mejor optimizado Physics Toolbox Sensor Suite para guardar datos sólo cuando la frecuencia de muestreo nativa de los distintos sensores permita que haya algún cambio en alguno de ellos. Por otra parte, creo que AndroSensor toma demasiadas medidas "irrelevantes" cuando los sensores no han tenido tiempo para reaccionar, "guarreando" un poco los datos recogidos. Dicho esto, es cierto que intervalos de 56ms son muy dilatados si tenemos en cuenta que la frecuencia del acelerómetro en mi caso está en torno a los 500Hz (una medida cada 2ms). También es verdad que hay un gran número de medidas entorno a 1-2ms, pero supongo que la media sube por momentos puntuales de colapso por la cantidad tan grande de datos que deben recopilar y escribir estas aplicaciones en un corto periodo de tiempo (sin contar con que en paralelo he podido estar haciendo otras cosas con el móvil, como escuchar música, para lo cual debe estar leyendo del almacenamiento).

En resumen, creo que las tres aplicaciones comentadas son realmente buenas. Creo que Science Journal peca de simple, pero lo sumple con una interfaz muy amigable. AndroSensor es tremendamente completo, pero es estéticamente feo, algo engorroso de usar y con publicidad. Por último, Physics Toolbox Sensor Suite es muy similar a AndroSensor en funcionalidades, cuenta con algunos extras interesantes y tiene una interfaz agradable y profesional.

Y podemos pasar al ¿y para qué vale todo esto? Pues básicamente para sentirse como T'Pol en Star Trek Enterprise: un oficial científico en exóticos planetas investigando su entorno con su escáner.

Bueno, a lo mejor me he flipado un poco, pero sí es cierto que nos permite medir nuestro entorno y poder ver cosas curiosas que, de otra forma, no podríamos. Un ejemplo es el de mi ascensor y sus extraños campos magnéticos de los que ya os he hablado muchas veces.

En la primera gráfica se muestra cómo oscila el campo magnético cuando voy subiendo por mi ascensor. Tanto es así, que es posible identificar de forma clara los pisos (que están en torno a los 215μT) y entre ellos, un máximo de unos 230μT y un mínimo de aproximadamente 200μT. Por el contrario, si subo por la escalera (segunda gráfica) parece que me enfrento a un campo de unos 280μT, que baja a 230μT en las entreplantas.

En esta segunda imagen se ve de nuevo cómo subo las escaleras. En la parte de abajo de la imagen, mi ganancia en altitud (estimada por el cambio en la presión), mientras que en la parte de arriba se ve cómo van cambiando las distintas magnitudes de manera casi periódica, de tal forma que es fácil distinguir el paso de un piso al siguiente.

De igual manera se pueden sacar muchos datos y analizarlos al gusto. Estas son unas pequeñas representaciones de datos que he estado tomando estos días.

Trayecto en coche por una carretera en el que se pasan dos rotondas

Trayecto en tren

En el caso de la carretera se distinguen perfectamente las dos rotondas en los datos del GPS. Os pongo más detalle de la visualización por GPS Prune (representación cartogrfica a la que estamos más costumbrados) y la representación por Octave (representación en 3D de las coordenadas esféricas que se obtienen del GPS).

Y en el caso del tren, pude comprobar que cada vez que se aceleraba aumentaba el campo magnético. Si bien las lecuras directas de la aceleración no eran tan claras, el cálculo numérico de la tasa de variación de la velocidad GPS sí parecía estar íntimamente ligada a aumentos en el campo magnético.

Lo dicho: un oficial científico en exóticos planetas investigando su entorno con su escáner.