Studio e validazione sperimentale di elettrodi da integrare al volante per il monitoraggio del guidatore

Electrodermal Activity (EDA) is one of the main physiological parameters used to monitor an individual's psychophysical state, as it is closely related to the activation of the autonomic nervous system. Due to its sensitivity to conditions such as stress, fatigue, attention, and emotions, it has found applications in several fields, including biomedical engineering, psychophysiology, and driver monitoring systems. The aim of this thesis was to investigate different methods for acquiring skin conductance and to evaluate their performance under various experimental conditions. To this end, different measurement systems were analyzed and compared, including the Grove GSR Sensor, a contact-based heart rate sensor, and an additional sensor developed using copper plates connected to an Arduino Uno Rev3 SMD board. The acquired signals were subsequently processed using MATLAB to analyze their behavior and identify the main variations in the electrodermal response. The experimental activity involved several subjects and included measurements performed at different times of the day, before and after a mental task, before and after physical exercise, and during a driving simulation. The results showed that all the analyzed systems were capable of acquiring stable and consistent signals, while highlighting the sensitivity of skin conductance to changes in the subject's psychophysical state. In particular, the copper plate sensor demonstrated performance comparable to that of commercial sensors, without showing significant variations due to the different contact surface dimensions adopted. The final comparison between the developed sensor and the ProComp system confirmed the validity of electrodermal activity as a monitoring parameter for driving-related applications. The results demonstrate that simple, low-cost, and easily integrable hardware and software solutions can provide a solid foundation for future research and the development of driver monitoring systems aimed at improving road safety.

L’attività elettrodermica rappresenta uno dei principali parametri fisiologici utilizzati per il monitoraggio dello stato psicofisico dell’individuo, poiché strettamente correlata all’attivazione del sistema nervoso autonomo. Grazie alla sua sensibilità nei confronti di condizioni di stress, affaticamento, attenzione ed emozioni, essa trova applicazione in numerosi ambiti, tra cui il settore biomedico, la psicofisiologia e i sistemi di monitoraggio del conducente. L’obiettivo di questa tesi è stato quello di studiare differenti metodologie di acquisizione della conduttanza cutanea e valutarne il comportamento in diverse condizioni sperimentali. A tale scopo sono stati analizzati e confrontati differenti sistemi di misura, tra cui il sensore Grove - GSR sensor, un sensore per segnale cardiaco a contatto, e un ulteriore sensore sviluppato mediante piastre in rame collegate a una scheda Arduino Uno Rev3 SMD. Le acquisizioni sono state successivamente elaborate mediante MATLAB al fine di analizzare l’andamento dei segnali e identificare le principali variazioni della risposta elettrodermica. La sperimentazione ha previsto prove effettuate su diversi soggetti, comprendenti acquisizioni in differenti momenti della giornata, prima e dopo uno sforzo mentale e prima e dopo uno sforzo fisico e durante una simulazione di guida. I risultati ottenuti hanno evidenziato come tutti i sistemi analizzati siano in grado di acquisire segnali stabili e coerenti, mostrando inoltre la sensibilità della conduttanza cutanea alle variazioni dello stato psicofisico del soggetto. In particolare, il sensore con piastre in rame ha dimostrato prestazioni comparabili a quelle dei sensori commerciali, senza evidenziare variazioni significative dovute alle diverse dimensioni delle superfici di contatto utilizzate. Il confronto finale tra il sensore sviluppato e il sistema ProComp ha confermato la validità dell’attività elettrodermica come parametro di monitoraggio in applicazioni legate alla guida. I risultati mostrano come soluzioni hardware e software semplici, economiche e facilmente integrabili possano rappresentare una base di studio e ricerca per future applicazioni dedicate al monitoraggio dello stato del conducente e all’aumento della sicurezza stradale.