Studio di Pattern Comportamentali Tramite Sensori Fisici su Devices Android

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Capitolo 1 – Mobile Devices 
1.1 – Primi Modelli di Smartphone 
Oggi abbiamo tutti uno smartphone, spesso anche più di 
uno. 
I primi telefoni portatili risalgono agli anni 90. A quei tempi 
erano decisamente troppo grandi per essere portati in 
tasca e decisamente meno diffusi. 
Non esistevano le schede ricaricabili e le chiamate 
venivano fatte a contratto, con costi molto maggiori di 
quelli del contratto di casa. Per i prezzi di questi telefoni 
oltre che per i costi telefonici, questi modelli venivano 
acquistati solo da coloro che avevano la capacità economica necessaria e per lo più per 
esigenze lavorative. 
La batteria di questi primi modelli era 2, anche 3 volte quella di un attuale notebook, durava 
poco e pesava molto. Per di più essendo batterie Ni-Mh erano soggette a effetto memoria. Il 
display, in genere di un verde brillante, mostrava poco più che i numeri. L’antenna era esterna 
ma In compenso talvolta prendeva anche in galleria. In oltre le funzioni erano limitate a quella 
di telefono, senza rubrica né sms o altre comodità moderne. 
1.2 – Centralizzazione delle Risorse (Telefoni Moderni) 
Con il tempo i telefoni portatili si sono rimpiccioliti, il peso è andato 
diminuendo, e le funzionalità sono aumentando. Sms, Batterie agli ioni di 
Litio, display a colori, mms, funzionalità GPS, sensori di luce per gestire 
l’illuminazione dei tasti e del display, touchscreen, sensori di movimento, 
ecc… 
Si è partiti da una tecnologia avente la sola funzione di telefono, che con 
il tempo, come è successo in tutti i settori elettronici e informatici, si è “centralizzata” con altre 
tecnologie cresciute più o meno parallelamente, in particolare con le 
agende elettroniche e i palmari! 
La chiave del discorso è appunto la centralizzazione delle risorse. Oggi si 
può avere un unico oggetto che riunisce le funzionalità di tanti altri. 
Infatti, ci si sta abituando a usare il telefono in sostituzione di altri 
strumenti in svariate occasioni. Ad esempio in auto non abbiamo bisogno 
di un secondo strumento che ci faccia da navigatore, o ancora se 
abbiamo urgenza di inviare una mail con un allegato importante ma non 
ci troviamo in casa, abbiamo la possibilità di connetterci ad internet ad 
accedere alla nostra casella e-mail. Allo stesso modo può valere se
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dobbiamo fotografare qualcosa, ad esempio in seguito ad un sinistro stradale, oppure se 
vogliamo prendere un promemoria. Uno smartphone, infatti, è allo stesso tempo un gran 
numero di strumenti oltre che un telefono: un navigatore GPS, un palmare, una bussola, una 
fotocamera, una videocamera, un’agenda, una rubrica, una consolle di videogame, un 
registratore, una sveglia e tanto altro. 
1.3 – Funzionalità 
Le potenzialità di uno smartphone moderno vanno ben oltre la pura funzionalità di telefono. 
Infatti, esso è coinvolto in svariati aspetti della vita del proprietario. 
I mezzi di comunicazione normalmente utilizzati tramite personal computer (mail, chat, social 
network, etc…), sono accessibili anche dagli Smartphone tramite i quali è possibile connettersi 
ad internet per controllare la propria casella e-mail, o creare e inviare documenti multimediali, 
e tanto altro ancora. 
Lo scopo non è quello di sostituire i computer desktop, ma di introdurre il concetto di piena 
mobilità e connettività sempre disponibile, a tutti coloro che intendono avere accesso alle 
risorse più comuni associate ai personal computer, in mobilità. 
Le funzioni svolte dagli smartphone non si fermano a funzioni di comunicazione come mail e 
social network. Con la capacità di eseguire programmi di terze parti è possibile trovare 
applicazioni disegnate per qualsiasi funzione, programmi utili ad assisterci nel lavoro, nello 
sport, nel gioco, nella vita quotidiana, etc. Ad esempio un programma potrebbe aiutare a 
smettere di fumare, un altro può ricordare a un barman le giuste quantità di un cocktail, un 
altro ci può assistere nell’allenamento fisico contando la durata delle sessioni di allenamento, 
indicandoci le calorie bruciate e memorizzando i risultati ottenuti. 
E’ evidente che gli smartphone hanno superato le funzioni di telefono diventando uno 
strumento polivalente. Può diventare una torcia tenendo acceso il flash della fotocamera se c’è 
buio, ci può aggiornare sulle condizioni meteo o sull’andamento della borsa, e può ancora avere 
molte altre funzionalità con ben pochi limiti. 
Per fare altri esempi, con il nostro smartphone 
potremmo scoprire in breve i punti di interesse nelle 
nostre vicinanze, guardie mediche, comune, 
monumenti, numeri utili e altro. Possiamo utilizzarlo 
come convertitore di valuta all’estero con le valute più 
aggiornate grazie a internet. Registrare le nostre 
telefonate. Misurare delle distanze. Mostrare una 
presentazione di lavoro a un cliente qualora non vi fosse uno strumento più comodo. Guardare 
un film. Ascoltare musica. Tenere nota delle spese quotidiane. 
Etc.
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Non è da sottovalutare neanche il touchscreen. I telefoni di ultima generazione (e presto tutti) 
sono full touch. Ciò significa che si è portato al minimo l’uso dei pulsanti. 
Per togliere il blocco tasti (per così dire), invece di dover premere una combinazione di tasti 
basta passare un dito sul display, e sempre passando le dita sul display è possibile selezionare 
del testo. Poi tenendo premuto un punto si fa apparire un menù a scorrimento tipico del click 
destro. 
In certe applicazioni è possibile anche zummare un’immagine allargando le dita. 
In definitiva anche il touchscreen ha incrementato funzionalità e comodità dei devices di ultima 
generazione. 
1.4 – Sistemi Operativi 
I principali Sistemi Operativi in uso: 
Windows Mobile: Sistema per dispositivi mobili sviluppato da Microsoft. I suoi predecessori 
erano Windows CE e Pocket PC. Cosa più importante è pensato per PDA. 
Capace di multitasking e orientato alla multimedialità e alla produttività da 
ufficio. Il punto di forza è sicuramente la compatibilità con i computer 
desktop. Occupa circa il 14% del mercato. 
Palm OS:          Sistema sviluppato da PalmSource, principalmente per PDA. 
Symbian: E’ attualmente il sistema operativo più diffuso. Nasce come evoluzione di un 
sistema chiamato EPOC ed è usato in oltre 40 modelli. Di recente, ha seguito 
l’esempio partito da google ed è diventato Open Source. 
Maemo: E’ un sistema basato su UNIX attualmente utilizzato da alcuni telefoni Nokia. 
Tra le principali caratteristiche: Multitasking, browser Mozilla, 
Sincronizzazione contatti, e altro. 
Android: Il sistema operativo sviluppato da Google. Google ha realizzato la “Open 
Handset Alliance” con lo scopo di realizzare questo sistema operativo Open 
Source basato su UNIX. La Open Handset Alliance conta 47 membri, tra cui: 
HTC, T-Mobile, Vodafone, Asus e altri importanti colossi della tecnologia, 
compresa la Intel. Molti di questi lavoravano anche su Symbian. 
IOS: iPhone  
Oltre questa piccola revisione dei principali sistemi operativi di cui si dotano i telefoni in 
commercio, è necessario fare un’osservazione rispetto al traguardo tecnologico raggiunto. In 
effetti si può benissimo affermare che proprio in questi anni c’è stata una particolare 
evoluzione nel mondo della mobilità che ha reso i cellulari allo stesso tempo sia telefoni che 
palmari. Per questo motivo e ragionevole pensare che i sistemi operativi che in origine sono 
stati realizzati per telefoni, e quelli costruiti per PDA, non vadano semplicemente aggiornati, ma
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sostituiti con sistemi proprio creati per sfruttare al massimo le possibilità dei nuovi smartphone. 
A questo proposito sono arrivati appunto i sistemi a base UNIX tra i quali Android si sta 
espandendo a macchia d’olio.
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Capitolo 2 – Uso dei Sensori Fisici 
2.1 – Sensori Usati in Commercio 
I principali sensori di cui si dotano i moderni Smartphone sono: Accelerometro, Giroscopio, 
Sensore di Luce, Campo Magnetico, Sensore di Pressione, Sensore di Prossimità e di 
Temperatura. 
Alcuni come il sensore di Pressione e il Sensore di prossimità non vengono ancora usati molto, 
infatti non sempre si trovano negli smartphone, ma sono comunque previsti dalle librerie 
Android e sicuramente possono avere buona utilità. 
2.2 – Potenzialità dei sensori 
I sensori vengono ampiamente utilizzati in svariati campi aumentando l’efficienza di molti 
sistemi. 
Negli smartphone in particolare, il sensore di luce permette di gestire l’illuminazione di display 
e tastiera per aumentare la durata della batteria. Il GPS da le funzionalità di navigazione che 
sono ben conosciute. Il sensore del campo magnetico in oltre, fornisce una bussola che può 
essere usata in concomitanza con il GPS. 
Grazie ai giroscopi, un programma è in grado di riconoscere la posizione del cellulare e quindi 
cambiare la propria interfaccia grafica per una lettura migliore 
quando il telefono è coricato di lato. 
Un esempio più sofisticato ci viene fornito da google con il 
programma “Google Skymap”. Questo software usando l’attuale 
mappa celeste e in base alla nostra posizione, ci indica le stelle 
evidenziando le costellazioni e i pianeti. Per sapere che stelle stiamo 
osservando c’è sufficiente puntare il telefono al celo come per 
scattare una foto, il programma conoscendo la posizione esatta del 
telefono tramite i giroscopi, ci indica proprio la porzione di celo che 
stiamo osservando. 
Oltretutto in alcuni giochi gli stessi sensori possono essere usati per far muovere il personaggio 
di gioco. 
I sensori degli smartphone sono in prima analisi sono uno strumento con cui aumentare le 
possibilità dell’utente di interagire con il proprio smartphone. In seconda analisi però si 
potrebbe decidere di utilizzare i sensori per migliorare anche gli aspetti della vita dell’utente 
quando non sta direttamente interagendo con il 
proprio smartphone automatizzando delle azioni di 
comodità. 
Al momento, esempi di questo secondo tipo di 
utilizzo dei sensori si possono vedere in altre
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applicazioni, in particolare nelle auto: Sensori di parcheggio, accensione dei fari quando la luce 
solare diminuisce, attivazione dei tergicristalli con la pioggia, aumento della velocità dei 
tergicristalli con l’aumentare di quella del veicolo, aumento del 
volume dello stereo per coprire il rumore del motore man mano 
che si accelera, alcune auto riconoscono anche la carreggiata e 
suonano un allarme se ci si avvicina troppo al guard-rail. 
Un altro esempio ci viene fornito dall’Octotelematics, un’azienda 
italiana che tramite sensori fornisce informazioni sul traffico e 
sulla viabilità in tempo reale sulla rete autostradale e sulle 
principali tangenziali italiane. I dispositivi installati da 
Octotelematics inviano dati anonimi ad un sistema di gestione del traffico, e i dati vengono poi 
elaborati per ottimizzare la viabilità. 
Se conoscendo il traffico autostradale è possibile ottimizzare la viabilità spostando le auto tra le 
vie più libere, un telefono che riconosce il comportamento del proprietario, potrebbe in 
automatico far partire delle azioni di comodità. Ad esempio, ci si trova in riunione e il telefono 
riconoscendo la posizione GPS o gli access-point vicini si mette in automatico in modalità 
silenziosa, per poi tornare normale appena usciti dalla sala riunioni. Oppure ancora, il lettore 
musicale fa partire la musica quando la persona comincia a correre e poi la ferma o ne abbassa 
il volume se la persona si ferma. 
2.3 – L’Accelerometro per la ricerca di Pattern Comportamentali 
L’Accelerometro è il sensore che più ci può dare un’idea di come si muove l’utente. Ad esempio 
correndo con il cellulare in tasca, quest’ultimo farà ripetutamente lo stesso movimento in 
avanti e in dietro seguendo la gamba, più il movimento sussultorio del corpo in corsa, causando 
delle accelerazioni particolari catturabili tramite gli accelerometri. 
La prima considerazione viene dal fatto che gli accelerometri del telefono ci danno tre valori 
numerici, corrispondenti alle forze di accelerazione rivelate sui tre assi del piano cartesiano. Ai 
fini di una migliore interpretazione dei valori ricevuti, e per non effettuare calcoli complessi su 
ogni serie di valori ricevuta per ogni asse, calcoliamo il valore effettivo complessivo 
dell’accelerazione su i tre assi, applicando la radice quadrata della somma dei quadrati dei tre 
valori ricevuti ad ogni campione. 
A questo punto del processo, ci ritroviamo con una serie precisa di campioni di accelerazione. 
Questa verrà scelta multipla del 2 per essere passata ad una funzione che ne effettuerà la 
trasformata di Fourier (Per maggiori dettagli sulla trasformata di Fourier consultare il capitolo 3 
altrimenti lo si può saltare). Tramite la trasformata di Fourier riusciamo a trasformare i 
campioni provenienti da una funzione con dominio nel tempo ad equivalenti con dominio nelle 
frequenze, ottenendo così in risposta un’analisi delle frequenze presenti nel movimento 
campionato.
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Effettuando in fine, la potenza spettrale dei valori ricevuti dalla trasformata di Fourier (Re
2
 + 
Im
2
) possiamo disegnare un grafico dell’energia nel movimento campionato, da cui capire il tipo 
di movimento in corso. In fine per rendere questo grafico più leggibile, calcoliamo il logaritmo 
della potenza spettrale per rendere meno grandi i distacchi nei picchi di energia, altrimenti 
questi nell’insieme del grafico renderebbero meno chiara la lettura dei valori inferiori. 
Confrontando i grafici ottenuti ad ogni azione possiamo cercare i pattern di comportamento. Ad 
esempio frequenze dominanti, forma dei grafici, punti in comune con certe azioni, livelli di 
energia nelle accelerazioni lette. 
Già i livelli di energia potrebbero essere un buon inizio per diversificare i tipi di azioni, infatti le 
vibrazioni lette correndo hanno sicuramente un contenuto energetico molto maggiore di quelle 
leggibili durante una passeggiata. In oltre un certo tipo di movimento sarà caratterizzato dalla 
prevalenza dell’energia su certe frequenze e quindi i grafici di due comportamenti molto diversi 
avranno anche forme diverse.