A fejlett viselhető készülékek fejlődése

A főleg tevékenységkövetőként ismert hordható eszközök, amelyek a lépéseket és a kalóriákat számolják, ma már értékes információkat nyújtanak az egészségről, ezáltal megelőzhetik a betegségeket és az orvosi vészhelyzeteket.

Manapság a hordható eszközök technológiája emberéleteket menthet. Az okosórák nemcsak abban segítik az embereket, hogy fittek maradjanak, hanem értesítenek az orvosi vészhelyzetekről, és tájékoztatnak a felhasználó egészségi állapotáról, hogy megelőzzék a betegségeket. A Wireless Quarter* szerint világszerte 325 millió ember használ hordható eszközöket.

Ebben a cikkben a hordható eszközökkel foglalkozunk, és arról is szó lesz, hogy hogyan fejlődtek az egy évtizeddel ezelőtti tevékenységkövetőkből a betegségek megelőzését segítő fejlett készülékekké. Központi témáink a hordható technológia működése, az, hogy milyen alkatrészekre van szüksége, és hogyan forradalmasítja az egészségügyi ágazatot. Az iparág vezető márkáit is kihangsúlyozzuk, köztük a Nordic Semiconductor vállalatot, amely a legújabb, legfejlettebb hordható eszközök alapját képező kettős processzort gyártja.

A hordható eszközök szerepe az egészségügyi állapot kimutatásában

Az IoT fejlődésével a hordható eszközök képesek nyomon követni a páciens élettani adatait, például a véroxigénszintet, a pulzusszámot, a szaturációt, a légzésszámot és a hőmérsékletet.

Népszerűségük egyre nőtt a fitnesz ágazatban, és nagyon fontos szerepük lett a Covid-19 elleni küzdelemben. Így az orvostudomány egyre nagyobb érdeklődést mutat a hordható technológia iránt, amely lehetővé teszi az orvosok számára, hogy bizonyos időtartamig a kórházon kívülről figyeljék a betegeket különféle betegségek miatt. A hordható eszközök ma már fontos szerepet játszanak számos egészségügyi állapot megelőzésében és ellenőrzésében, mint például a cukorbetegség, magas vérnyomás és alvási apnoe, valamint neurokognitív betegségek, mint a Parkinson- vagy Alzheimer-kór.

Ezek az eszközök javítják a kommunikációt a beteg és az orvos között, akinek korábban a betegek vizsgálatát az orvosi kartonra és a kórtörténetre kellett alapoznia. Az orvosok és más egészségügyi szolgáltatók felhasználhatják a bőséges adatmennyiséget korai diagnózis felállítására, a betegek távoli nyomon követésére és a gyógyszeres kezelés betartásának biztosítására.

A hordható eszközök mögött rejlő technológia – az AI és az ML

A legújabb viselhető eszközöket SoC-k (System-on-a-Chip, egylapkás rendszer), SiP-ek (system-in-a-package, egytokos rendszer) és a gépi tanulás (ML) algoritmusai működtetik, amelyek segítenek a legösszetettebb orvosi hordható eszközök felépítésében. A peremeszközöket használó számítástechnika révén a viselhető készülékeket úgy tervezték, hogy jelezzék a mögöttes egészségügyi problémákat, és olyan információkkal látják el az orvosokat, amelyek a gyors klinikai döntések meghozatalához szükségesek.

Az olyan peremeszközökön, mint például a hordható eszközökön végzett számítástechnika egyre nagyobb energiahatékonyságú és hatású, miközben az algoritmusok korszerűbbek és energiaoptimalizáltabbak. – Peter Myhre, a Nordic Semiconductors termékmarketing igazgatója

A hordható technológiában alkalmazott alkatrészek

Az okos hordható eszközök számos technológiát használnak, például szenzortechnológiát, megjelenítési technológiát, chiptechnológiát, vezeték nélküli kommunikációs technológiát, adatszámítási és -feldolgozási technológiát, teljesítmény-tartóssági technológiát, adatinterakciós technológiát stb.

Így az ilyen eszközök tervezése problémás lehet, különösen azért, mert az emberi test dinamikus, ezért a hordható rendszereknek szilárdnak, alkalmazkodóképesnek és ideális esetben moshatónak kell lenniük, ha ruházatba és kiegészítőkbe vannak beépítve (vagy legalábbis levehetőnek).

Ezért a tervezés a szenzorintegrációra, a miniatürizálásra és a multifunkcionalitásra összpontosít. A hordható eszközökben gyakran használt alkatrészek közül néhány:

Érzékelők

Az érzékelők minden hordható eszközben megtalálhatók, betekintést engedve az aktivitásba és az élettani paraméterekbe. A felhasználó tisztában lehet általános egészségi és fittségi állapotával azáltal, hogy képes mérni a létfontosságú adatokat, beleértve a vér oxigénszintjét, a testhőmérsékletet és a pulzusszámot.

Különböző típusú érzékelőket használnak a hordható készülékekben:

• Nyomásérzékelők
• Páratartalom érzékelők
• Helyzetérzékelők
• Hőmérséklet érzékelők
• Piezo film érzékelők
• Erőérzékelők

A hordható technológia növekedésével egyre nagyobb az igény a pontosabb, kompaktabb és megbízhatóbb érzékelő technológiák iránt. Ezért a gyártók fejlettebb technológiai megoldásokat terveznek.

Például egy lengyel orvosi startup vállalat, a Warmie a Nordic Semiconductor nRF52810 egylapkás rendszerével működtetett érzékelőt fejlesztett ki, amely lehetővé teszi az eszköz számára, hogy a test több részét mérje fel, és tájékoztassa a felhasználókat vagy az orvosokat a lehetséges egészségügyi problémákról.

Egy további márka a TE Connectivity, amely hordható eszközökhöz és okosórákhoz alkalmas érzékelőket gyárt. A TE Connectivity világelső az innovatív szenzormegoldások terén, olyan alkatrészeket biztosítva, amelyek már jelen vannak a népszerű karpántokban, órákban és okosruházatokban.

Kapcsolók

A kapcsolók olyan alkatrészek, amelyek az áramkörön átfolyó elektromos áram mértékét szabályozzák. Ezek nélkülözhetetlen alkatrészek, amelyek a hordható technológia beviteli eszközeként hasznosíthatók. Bemeneti eszközként használhatók egy eszköz működésének vezérlésére, bár gyakrabban használják a berendezések bekapcsolására.

Kulcsfontosságú, hogy a tervezési fázisban gondosan válasszuk ki a megfelelő kapcsolót, mivel a hordható eszközök esetében korlátozott hely áll rendelkezésre. A kapcsolók többsége érintőkapcsoló, de a tervezési követelményektől függően függőlegesen vagy ferdén is elhelyezhetők.

Az RND olyan érintőkapcsolókat kínál, amelyek kicsi, hordható kialakításúak, és megfelelőek a billentyűzetekhez és a nagy sebességű adatátviteli berendezésekhez. Ha oldalsó kapcsolókat keres, az Omron mosható DIP-kapcsolókat biztosít, amelyek alkalmasak kisméretű, számítógépes és kézi eszközökhöz.

Passzív alkatrészek

A passzív alkatrész olyan elektronikus berendezés, amelynek működéséhez elektromos áramra van szükség. Attól függően, hogy egy elektromos áramkörben hogyan fogják használni, az alkatrész ezután felszabadítja, elnyeli vagy megtartja az energiát. A passzív alkatrészek leggyakoribb típusai az ellenállások, a kondenzátorok és az induktorok.

A Vishay professzionális vékony rétegű chip ellenállásokat gyárt, amelyek ideálisak a modern precíziós elektronika legtöbb ágazatában, ahol a stabilitás és a megbízhatóság kulcsfontosságú szempont. Alkalmasak precíziós vizsgáló- és mérőberendezésekhez, például olyan nem kritikus orvosi berendezésekhez, mint a hordható eszközök.

Félvezetők

A félvezetők képezik a hordható technológia agyát; értelmezik az érzékelőkből vagy más bemenetekből származó adatokat, és használható eredményt nyújtanak. A hordható termékek üzletágának bővülését nagyrészt a félvezető ágazat fejlesztései gyorsították fel. Az olyan eszközök, mint a mikrokontrollerek, diódák, tranzisztorok és időzítők/számlálók kritikus fontosságúak a beágyazott rendszerek megfelelő működéséhez.

Például a rendkívül érzékeny diódák használata lehetővé teszi a biometrikus megfigyelést, például a véroxigénszint és a pulzusszám mérését. A Vishay PIN fotodióda alacsony profilú felületre szerelt eszköz (SMD) látható és infravörös közeli sugárzás érzékeléséhez való, 5,4 mm2-es érzékenyterületet biztosító chippel együtt.

A hordható eszközök, például okosórák, gyűrűk vagy fejhallgatók általi biometrikus monitorozás különböző hullámhosszú emittereket használ, amelyek rendkívül érzékeny fotodiódákkal párosulnak, hogy teljesítsék a pulzusszám-figyelés (HRM) és a véroxigénszint mérésének feladatait (SpO2) Forrás: Vishay

Különféle, alacsony feszültségen működő, új óraoszcillátorokat fejlesztett ki az IQD, a Würth Elektronik eiSos Group részlege, amely lehetővé teszi a rendszertervezők számára, hogy megosztott tápsínnel rendelkező rendszereket hozzanak létre. Ahogy az új dizájnok egyre kisebbek és kisebbek lesznek, megfelelnek a hordható eszközökhöz.

Például az IQXO-691 sorozat oszcillátorai tökéletesek olyan kialakításokhoz, ahol elengedhetetlen az akkumulátor élettartamának növelése, mint például a hordozható tesztberendezések, az USB interfész, a WLAN és a hordható alkalmazások.

Csatlakozók

A hordható technológiában a csatlakozók használhatók antennákhoz, érzékelőkhöz, tápellátáshoz, akkumulátor-csatlakozásokhoz, kártya-kártya, vezeték-kártya csatlakozókhoz és cserélhető memóriaeszközökhöz. Perifériákat kapcsolnak az elsődleges eszközhöz, és megkönnyítik az egyszerű javításokat abban az esetben, ha valamelyik alkatrész meghibásodik.

A Molex USB 3.1 Type-C csatlakozójával Ön a kiváló megbízhatóság előnyeit élvezheti, és nagy tartósságot biztosít, valamint elkerülheti a csatlakozókkal való visszaélés okozta károsodást a középső lemezes csatlakozónyelv kialakításának köszönhetően. Úgy tervezték, hogy robusztus és megbízható teljesítményt nyújtson a hordható eszközök, a tárgyak internete és más nagy sebességű adatátviteli I/O alkalmazások számára.

RF és antennák

A fejlett hordható eszközök többsége be van építve az IoT-be, és az RF technológiától függően antennákat igényel. Az antenna lehet a NYÁK-ba bekötött SMD antenna, vagy rendkívül ritka esetekben egy külső antenna.

Bármilyen eszközkonfigurációhoz többféle többsávos antenna közül választhat, különböző típusú antennák, RF és kommunikációs modulok léteznek, például a GPS/GNSS antennák növelik a vezeték nélküli kapcsolatok helymeghatározásának megbízhatóságát.

Tápellátás

Ezenkívül a legtöbb hordható eszköznek szüksége lesz tápcsatlakozóra az akkumulátor töltéséhez, valamint egy akkumulátorcsatlakozóra, például egy gombelemtartóra vagy egy 2 vagy 3 vezetékes LiPo akkumulátor terminálra. A hordható eszközök többsége USB-csatlakozókat használ a töltéshez, míg esetenként a gyártók saját exkluzív csatlakozót készítenek.

Fejlesztőkártyák

A kis méret miatt a hordható NYÁK szabványai eltérnek az általánosan használt nyomtatott áramköri lapoktól. A megfelelő nyomtatott áramköri lap kiválasztása előtt számos tényezőt kell figyelembe venni, például a lap felületi anyagait, az RF/mikrohullámú tervezést és az RF átviteli vonalakat. Szerencsére vannak olyan gyártók, amelyek hordható technológiához alkalmas kártyákat terveznek.

A Nordic Semiconductor nRF5340 egylapkás rendszere a hordható eszközök fejlesztői számára egy nagy teljesítményű alkalmazásprocesszort, valamint egy teljesen programozható, rendkívül alacsony fogyasztású hálózati processzort biztosít. A processzor kettős kialakítása révén ideális bonyolult IoT-alkalmazásokhoz, például egészségügyi készülékekhez. A biztonsági funkciók, a gépi tanulás és a mesterséges intelligencia (MI) képességek segítségével könnyebben kezelhető a modern hordható eszközök által biztosított folyamatos adatfolyam.

A Nordic Semiconductor mellett más márkák is kínálnak viselhető termékeket. Tekintse meg az alábbi ajánlott termékeinket, amelyeket közvetlenül a Distrelec webshopból meg is vásárolhat.

Ajánlott termékek

Tactigon vezeték nélküli, hordható fejlesztőpanel mozgásérzékelővel, Next Industries

A Tactigon One egy programozható panel a mozgásrögzítéshez, GPS-nyomkövetéshez, nagy pontosságot igénylő 3D gesztusvezérléshez és rezgésmérésekhez. Az Arduino SDK-nak köszönhetően gyors programozást és végrehajtást tesz lehetővé, amely ideális az IoT alkalmazásokhoz, a hordható eszközökhöz és a mesterséges intelligenciával (MI) kapcsolatos projektekhez.

Hordható elektronikus platform, Adafruit

GEMMA, egy teljesen működőképes platform a hordható elektronikához. Ez egy kör alakú, varrható mikrokontroller, amely Arduino-val működik, és hihetetlen hordható projektek meghajtására készült.

LilyPads, SparkFun

A SparkFun LilyPads termékei hordható e-textilek, amelyeket nagy csatlakozópárnákkal láttak el, hogy ruházatba varrhatók legyenek.

*Forrás: “Alive & Ticking: Advanced Wearables Better Health Outcomes” , Wireless Quarter, 2022/1. lapszám.

GYIK

Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!