Transportation planners need to assess users\' stress conditions on cycling infrastructures given that highly stressful situations can discourage the use of this sustainable transport mode. Not many studies have addressed the relationships between these environmental factors and users\' emotional responses in terms of objective measures of stress. The aim of this study is to explore a new approach for planning and evaluating cycling infrastructure, based on smart sensors. This new approach focuses on the perspective of monitoring parameters intrinsic to the user, such as emotions. In this perspective, the indicators of stress levels are made from directly measuring cyclists\' physiological responses throughout the journey. This approach makes use of technological resources to extract information from users through sensors and imparts this information in an integrated way to improve infrastructures for cyclists. The data were collected using stress and noise sensors, accelerometers embedded in a smartphone and a GPS. Initially, the problem is posed and we discuss how the design and evaluation of cycle paths has been addressed in the literature. The proposed approach identifies the most relevant contributions and research gaps, such as the lack of research based on objective criteria and research that involves designing and evaluating infrastructure scenarios shared with motor vehicles. In the sequence, an objective method for assessing bicycle infrastructures combining environmental assessment with vertical acceleration measurements was proposed in order to improving data collection and other procedures required for assessing the main components of cycling infrastructures. Subsequently, a tool to characterize traffic stress of cycling routes, called the Level of Traffic Stress (LTS), was validated with physiological measures in the urban context of a mediumsized Brazilian city. It was observed that there is no correlation and little agreement between the parameters. It is also emphasized that even when incorporating information about the traffic speed to the LTS tool, it was not significantly related to stress from the perspective of the cyclist. In the final analysis the influence of noise, vibration, cycle paths and period of day on stress experienced by cyclists was investigated. An analysis of the p-values and odds ratio confidence intervals shows, with a 95% confidence level, that only the period of the day influenced stress, as confirmed by the data. In this case, the chances of having stress increased by 24% in the afternoon rush hour compared to the morning rush hour. This study showed the feasibility of stress assessment in cyclists using an objective measurement method, as well as quick identification of critical levels of stress. / Os planejadores de transporte precisam avaliar as condições de estresse dos usuários em infraestruturas cicloviárias, uma vez que situações de alto estresse podem desencorajar o uso deste modo de transporte sustentável. Poucas pesquisas têm questionado se existe alguma relação entre esses fatores ambientais e a resposta emocional em termos de medidas objetivas do estresse. O objetivo deste trabalho é explorar a incorporação de sensores inteligentes no planejamento e avaliação da infraestrutura cicloviária. Essa nova abordagem é focada na perspectiva de monitorar parâmetros intrínsecos ao usuário, como as emoções. Nesta perspectiva, os indicadores dos níveis de estresse são feitos a partir da medição direta de respostas fisiológicas em ciclistas ao longo do percurso. Essa abordagem aproveita os recursos tecnológicos para extrair informações dos usuários e permitir o uso dessas informações de forma integrada para melhorar a infraestrutura dos ciclistas. Os dados foram coletados por meio de sensores de estresse, de ruído e acelerômetros incorporados a um smartphone e GPS. Inicialmente é apresentado o problema e como o projeto e avaliação das ciclovias tem sido abordada na literatura. A abordagem proposta permitiu identificar as contribuições mais relevantes e as lacunas de pesquisa, tais como, a falta de pesquisas baseadas em critérios de objetivos e a falta de pesquisas que envolvam o desenho e a avaliação de cenários de infraestrutura compartilhados com veículos automotores. Em seguida foi proposto um método objetivo de avaliação de infraestruturas cicloviárias, combinando a avaliação ambiental com medições de aceleração vertical, a fim de melhorar a coleta de dados e outros procedimentos necessários para avaliar os principais componentes das infraestruturas cicloviárias. Na sequência uma ferramenta para caracterizar o estresse de tráfego de ciclovias, denominada Level of Traffic Stress (LTS), foi validada com medidas fisiológicas no contexto urbano de uma cidade brasileira de porte médio. Observou-se que não há correlação e há pouca concordância entre esses parâmetros. Ressalta-se ainda que, mesmo ao incorporar informações de velocidade de tráfego à ferramenta LTS, não foi significativamente relacionado com estresse medido sob a perspectiva do ciclista. Por fim, foi investigada a influência do ruído, vibração, presencia ou ausência de ciclovias e período do dia no estresse experimentado pelos ciclistas. Uma análise dos valores de p e dos intervalos de confiança das razões de chances mostraram, com um nível de confiança de 95%, que apenas o período do dia influenciou o estresse. Neste caso, as chances de ter estresse aumentaram em 24% na hora pico da tarde em comparação com a hora pico da manhã. Este estudo mostrou a viabilidade da avaliação do estresse em ciclistas por meio de um método de medida objetiva além da rápida identificação dos níveis críticos de estresse.

[EN] The main objective of this thesis is the development of new sensors and actuators using Printed Electronics technology. For this, conductive, semiconductor and dielectric polymeric materials are used on flexible and/or elastic substrates. By means of suitable designs and application processes, it is possible to manufacture sensors capable of interacting with the environment. In this way, specific sensing functionalities can be incorporated into the substrates, such as textile fabrics. Additionally, it is necessary to include electronic systems capable of processing the data obtained, as well as its registration. In the development of these sensors and actuators, the physical properties of the different materials are precisely combined. For this, multilayer structures are designed where the properties of some materials interact with those of others. The result is a sensor capable of capturing physical variations of the environment, and convert them into signals that can be processed, and finally transformed into data. On the one hand, a tactile sensor printed on textile substrate for 2D gesture recognition was developed. This sensor consists of a matrix composed of small capacitive sensors based on a capacitor type structure. These sensors were designed in such a way that, if a finger or other object with capacitive properties, gets close enough, its behaviour varies, and it can be measured. The small sensors are arranged in this matrix as in a grid. Each sensor has a position that is determined by a row and a column. The capacity of each small sensor is periodically measured in order to assess whether significant variations have been produced. For this, it is necessary to convert the sensor capacity into a value that is subsequently digitally processed. On the other hand, to improve the effectiveness in the use of the developed 2D touch sensors, the way of incorporating an actuator system was studied. Thereby, the user receives feedback that the order or action was recognized. To achieve this, the capacitive sensor grid was complemented with an electroluminescent screen printed as well. The final prototype offers a solution that combines a 2D tactile sensor with an electroluminescent actuator on a printed textile substrate. Next, the development of a 3D gesture sensor was carried out using a combination of sensors also printed on textile substrate. In this type of 3D sensor, a signal is sent generating an electric field on the sensors. This is done using a transmission electrode located very close to them. The generated field is received by the reception sensors and converted to electrical signals. For this, the sensors are based on electrodes that act as receivers. If a person places their hands within the emission area, a disturbance of the electric field lines is created. This is due to the deviation of the lines to ground using the intrinsic conductivity of the human body. This disturbance affects the signals received by the electrodes. Variations captured by all electrodes are processed together and can determine the position and movement of the hand on the sensor surface. Finally, the development of an improved 3D gesture sensor was carried out. As in the previous development, the sensor allows contactless gesture detection, but increasing the detection range. In addition to printed electronic technology, two other textile manufacturing technologies were evaluated. / [ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental el desarrollo de nuevos sensores y actuadores empleando la tecnología electrónica impresa, también conocida como Printed Electronics. Para ello, se emplean materiales poliméricos conductores, semiconductores y dieléctricos sobre sustratos flexibles y/o elásticos. Por medio de diseños y procesos de aplicación adecuados, es posible fabricar sensores capaces de interactuar con el entorno. De este modo, se pueden incorporar a los sustratos, como puedan ser tejidos textiles, funcionalidades específicas de medición del entorno y de respuesta ante cambios de este. Adicionalmente, es necesario incluir sistemas electrónicos, capaces de realizar el procesado de los datos obtenidos, así como de su registro. En el desarrollo de estos sensores y actuadores se combinan las propiedades físicas de los diferentes materiales de forma precisa. Para ello, se diseñan estructuras multicapa donde las propiedades de unos materiales interaccionan con las de los demás. El resultado es un sensor capaz de captar variaciones físicas del entorno, y convertirlas en señales que pueden ser procesadas y transformadas finalmente en datos. Por una parte, se ha desarrollado un sensor táctil impreso sobre sustrato textil para reconocimiento de gestos en 2D. Este sensor se compone de una matriz formada por pequeños sensores capacitivos basados en estructura de tipo condensador. Estos se han diseñado de forma que, si un dedo u otro objeto con propiedades capacitivas se aproxima suficientemente, su comportamiento varía, pudiendo ser medido. Los pequeños sensores están ordenados en dicha matriz como en una cuadrícula. Cada sensor tiene una posición que viene determinada por una fila y por una columna. Periódicamente se mide la capacidad de cada pequeño sensor con el fin de evaluar si ha sufrido variaciones significativas. Para ello es necesario convertir la capacidad del sensor en un valor que posteriormente es procesado digitalmente. Por otro lado, con el fin de mejorar la efectividad en el uso de los sensores táctiles 2D desarrollados, se ha estudiado el modo de incorporar un sistema actuador. De esta forma, el usuario recibe una retroalimentación indicando que la orden o acción ha sido reconocida. Para ello, se ha complementado la matriz de sensores capacitivos con una pantalla electroluminiscente también impresa. El resultado final ofrece una solución que combina un sensor táctil 2D con un actuador electroluminiscente realizado mediante impresión electrónica sobre sustrato textil. Posteriormente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D empleando una combinación de sensores impresos también sobre sustrato textil. En este tipo de sensor 3D, se envía una señal que genera un campo eléctrico sobre los sensores impresos. Esto se lleva a cabo mediante un electrodo de transmisión situado muy cerca de ellos. El campo generado es recibido por los sensores y convertido a señales eléctricas. Para ello, los sensores se basan en electrodos que actúan de receptores. Si una persona coloca su mano dentro del área de emisión, se crea una perturbación de las líneas de los campos eléctricos. Esto es debido a la desviación de las líneas de campo a tierra utilizando la conductividad intrínseca del cuerpo humano. Esta perturbación cambia/afecta a las señales recibidas por los electrodos. Las variaciones captadas por todos los electrodos son procesadas de forma conjunta pudiendo determinar la posición y el movimiento de la mano sobre la superficie del sensor. Finalmente, se ha llevado a cabo el desarrollo de un sensor de gestos 3D mejorado. Al igual que el desarrollo anterior, permite la detección de gestos sin necesidad de contacto, pero incrementando la distancia de alcance. Además de la tecnología de impresión electrónica, se ha evaluado el empleo de otras dos tecnologías de fabricación textil. / [CA] La present tesi doctoral té com a objectiu fonamental el desenvolupament de nous sensors i actuadors fent servir la tecnologia de electrònica impresa, també coneguda com Printed Electronics. Es va fer us de materials polimèrics conductors, semiconductors i dielèctrics sobre substrats flexibles i/o elàstics. Per mitjà de dissenys i processos d'aplicació adequats, és possible fabricar sensors capaços d'interactuar amb l'entorn. D'aquesta manera, es poden incorporar als substrats, com ara teixits tèxtils, funcionalitats específiques de mesurament de l'entorn i de resposta davant canvis d'aquest. Addicionalment, és necessari incloure sistemes electrònics, capaços de realitzar el processament de les dades obtingudes, així com del seu registre. En el desenvolupament d'aquests sensors i actuadors es combinen les propietats físiques dels diferents materials de forma precisa. Cal dissenyar estructures multicapa on les propietats d'uns materials interaccionen amb les de la resta. manera El resultat es un sensor capaç de captar variacions físiques de l'entorn, i convertirles en senyals que poden ser processades i convertides en dades. D'una banda, s'ha desenvolupat un sensor tàctil imprès sobre substrat tèxtil per a reconeixement de gestos en 2D. Aquest sensor es compon d'una matriu formada amb petits sensors capacitius basats en una estructura de tipus condensador. Aquests s'han dissenyat de manera que, si un dit o un altre objecte amb propietats capacitives s'aproxima prou, el seu comportament varia, podent ser mesurat. Els petits sensors estan ordenats en aquesta matriu com en una quadrícula. Cada sensor té una posició que ve determinada per una fila i per una columna. Periòdicament es mesura la capacitat de cada petit sensor per tal d'avaluar si ha sofert variacions significatives. Per a això cal convertir la capacitat del sensor a un valor que posteriorment és processat digitalment. D'altra banda, per tal de millorar l'efectivitat en l'ús dels sensors tàctils 2D desenvolupats, s'ha estudiat la manera d'incorporar un sistema actuador. D'aquesta forma, l'usuari rep una retroalimentació indicant que l'ordre o acció ha estat reconeguda. Per a això, s'ha complementat la matriu de sensors capacitius amb una pantalla electroluminescent també impresa. El resultat final ofereix una solució que combina un sensor tàctil 2D amb un actuador electroluminescent realitzat mitjançant impressió electrònica sobre substrat tèxtil. Posteriorment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D emprant una combinació d'un mínim de sensors impresos també sobre substrat tèxtil. En aquest tipus de sensor 3D, s'envia un senyal que genera un camp elèctric sobre els sensors impresos. Això es porta a terme mitjançant un elèctrode de transmissió situat molt a proper a ells. El camp generat és rebut pels sensors i convertit a senyals elèctrics. Per això, els sensors es basen en elèctrodes que actuen de receptors. Si una persona col·loca la seva mà dins de l'àrea d'emissió, es crea una pertorbació de les línies dels camps elèctrics. Això és a causa de la desviació de les línies de camp a terra utilitzant la conductivitat intrínseca de el cos humà. Aquesta pertorbació afecta als senyals rebudes pels elèctrodes. Les variacions captades per tots els elèctrodes són processades de manera conjunta per determinar la posició i el moviment de la mà sobre la superfície del sensor. Finalment, s'ha dut a terme el desenvolupament d'un sensor de gestos 3D millorat. A l'igual que el desenvolupament anterior, permet la detecció de gestos sense necessitat de contacte, però incrementant la distància d'abast. A més a més de la tecnologia d'impressió electrònica, s'ha avaluat emprar altres dues tecnologies de fabricació tèxtil. / Ferri Pascual, J. (2020). Tactile and Touchless Sensors Printed on Flexible Textile Substrates for Gesture Recognition [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153075 / TESIS