Les dispositifs portables sont généralement associés à des compteurs de pas ou de calories ; désormais, ils peuvent également fournir des informations sur l’état de santé.
La technologie portable d’aujourd’hui peut même sauver des vies. Les smartwatches ne se contentent pas de motiver les gens à prendre soin de leur forme physique, elles peuvent aussi signaler les urgences médicales et fournir des informations sur l’état de santé de l’utilisateur. Selon le magazine Wireless Quarter*, 325 millions de personnes dans le monde utilisent des dispositifs portables.
Dans cet article, nous examinons le développement des dispositifs portables – des simples trackers d’activité aux dispositifs avancés qui peuvent aider à prévenir les maladies. Nous nous concentrerons sur le fonctionnement de la technologie portable, les composants impliqués et la manière dont elle révolutionne l’industrie des soins de santé. Nous vous présenterons les meilleures marques du secteur, notamment Nordic Semiconductor, l’entreprise qui produit le double processeur qui est devenu la base des dispositifs portables les plus récents et les plus avancés.
Les dispositifs portables et la suivie de l’état de santé
Avec le développement de l’IoT, les dispositifs portables permettent de surveiller les données physiologiques des patients, telles que l’oxygène du sang, la fréquence cardiaque, la saturation, la fréquence respiratoire et la température.
Grâce à leur popularité croissante, ces dispositifs sont devenus un élément important de la lutte contre le virus COVID-19. La technologie portable est de plus en plus utilisée en médecine, permettant aux médecins de suivre leurs patients pendant une période déterminée en dehors de l’hôpital. Ces dispositifs jouent désormais un rôle important dans la prévention et le suivi des maladies, notamment le diabète, l’hypertension et l’apnée du sommeil, ainsi que dans les troubles neurocognitifs tels que la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer.
Les dispositifs portables facilitent la communication entre le patient et le médecin qui, auparavant, devait fonder les analyses de leur patient sur leur dossier médical et leurs antécédents. Les médecins peuvent utiliser les nombreuses données pour établir des diagnostics précoces, surveiller les patients à distance et s’assurer qu’ils respectent leur projet de traitement.
Les technologies au service des dispositifs portables
Les derniers dispositifs portables sont alimentés par des systèmes sur puce (SoC), des systèmes en boîtier (SiP) et des algorithmes d’apprentissage automatique (ML) qui permettent la construction de dispositifs médicaux portables plus complexes. Grâce à l’edge computing, les dispositifs portables peuvent signaler des problèmes de santé cachés et fournir aux médecins les informations dont ils ont besoin pour prendre des décisions rapides.
Le traitement des données sur les appareils périphériques tels que les dispositifs portables est de plus en plus économe en énergie et performant, tandis que les algorithmes sont de plus en plus précis et optimisés en termes de consommation d’énergie.
– Peter Myhre, responsable du marketing produit chez Nordic Semiconductors
Les composants utilisés dans les dispositifs portables
Les dispositifs portables intelligents font appel à diverses technologies, telles que les capteurs, les écrans, les circuits intégrés, la communication sans fil, l’informatique et le traitement des données, les technologies d’économie d’énergie, les technologies d’interaction des données, etc.
La mise au point de ces dispositifs peut s’avérer difficile, car ils doivent être robustes, personnalisés et lavables ou amovibles (en particulier s’ils sont intégrés dans des vêtements et des accessoires).
C’est pourquoi, lors de la conception d’appareils portables, les ingénieurs se concentrent sur l’intégration des capteurs, la miniaturisation et la multifonctionnalité. Les composants couramment utilisés dans la conception des dispositifs portables sont les suivants :
Capteurs
Les capteurs utilisés dans tous les dispositifs portables fournissent des informations sur l’activité et les paramètres physiologiques. Les utilisateurs peuvent bénéficier d’informations sur leur état de santé général et leur forme physique en mesurant des paramètres tels que le taux d’oxygène dans le sang, la température corporelle et la fréquence cardiaque.
Les dispositifs portables utilisent de nombreux types de capteurs tels que :
- Capteurs de pression
- Capteurs d’humidité
- Capteurs de position
- Capteurs de température
- Capteurs à film piézoélectrique
- Capteurs de force
Avec le développement de la technologie des dispositifs portables, il existe une demande croissante pour des solutions de capteurs plus précises, plus compactes et plus fiables. Les fabricants se concentrent donc sur la conception de technologies toujours plus avancées.
Une start-up médicale polonaise, Warmie, a conçu un capteur alimenté par la puce SoC nRF52810 de Nordic Semiconductor pour surveiller en permanence la température des plaies et du corps des patients afin de détecter les infections.
Un autre fabricant de capteurs adaptés aux dispositifs portables et aux smartwatches est TE Connectivity, un leader mondial de capteurs.
Interrupteurs
Les interrupteurs contrôlent le courant électrique qui circule dans un circuit et sont donc un élément essentiel de la technologie des dispositifs portables. Bien qu’ils puissent également être utilisés comme périphériques d’entrée pour contrôler les fonctions d’un appareil, ils sont plus souvent utilisés pour allumer les appareils.
Les interrupteurs doivent être soigneusement sélectionnés dès la phase de conception du matériel, car les dispositifs portables sont très compacts et ont une surface limitée à leur disposition. La plupart des interrupteurs sont tactiles et peuvent être positionnés verticalement ou en angle selon les besoins.
RND propose des interrupteurs tactiles de petite taille pour les appareils portables dotés d’un clavier et ceux qui nécessitent une transmission de données à grande vitesse. La gamme de commutateurs DIP lavables d’Omron convient aux petits ordinateurs et aux appareils portables.
Composants passifs
Un composant passif est un composant électronique qui nécessite de l’électricité pour fonctionner. Selon son utilisation dans un circuit électrique, un composant passif peut libérer, absorber ou retenir de l’énergie. Les types de composants passifs les plus courants sont les résistances, les condensateurs et les inductances.
Vishay propose des résistances professionnelles à couche mince qui sont idéales pour la plupart des secteurs de l’électronique de précision moderne – partout où la stabilité et la fiabilité sont importantes. Les composants passifs sont utilisés dans les appareils de test et de mesure de précision, par exemple dans les appareils médicaux non critiques tels que les dispositifs portables.
Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs sont le cerveau des dispositifs portables ; ils interprètent les données provenant de capteurs ou d’autres entrées et fournissent un résultat utile. Le développement de l’industrie des dispositifs portables s’est accéléré en grande partie grâce à la croissance du secteur des semi-conducteurs. Les dispositifs tels que les microcontrôleurs, les diodes, les transistors ou les temporisateurs et compteurs programmables sont des éléments essentiels des systèmes embarqués.
L’utilisation de diodes à haute sensibilité permet, par exemple, de surveiller des paramètres biométriques tels que la concentration d’oxygène dans le sang ou le rythme cardiaque. La photodiode PIN de Vishay est un dispositif de montage en surface à faible profil avec une puce qui peut détecter la lumière proche infrarouge et la lumière visible dans une zone de sensibilité de 5,4 mm².
Les oscillateurs d’horloge d’IQD (qui fait partie du groupe eiSos de Würth Elektronik) fonctionnent à basse tension et permettent aux concepteurs de systèmes de développer des systèmes avec un rail d’alimentation commun. Les nouveaux modèles sont de plus en plus petits, ce qui les rend parfaitement adaptés aux appareils portables.
Ainsi, par exemple, les oscillateurs de la série IQXO-691 sont idéaux pour une utilisation dans des projets où la durée de vie de la batterie est importante, tels que les équipements de test portables, les interfaces USB, le WLAN et les applications portables.
Connecteurs
Les connecteurs peuvent être utilisés dans les dispositifs portables pour connecter des antennes, des capteurs, de l’énergie, des batteries, des connexions carte à carte et câble à carte et des mémoires amovibles. Ils sont utilisés pour connecter les périphériques au dispositif principal et faciliter les réparations simples en cas de défaillance de l’un des composants.
Le connecteur USB-C 3.1 de Molex, qui utilise une plaque centrale, offre une excellente fiabilité et une résistance durable aux dommages causés par l’utilisation abusive des connecteurs. Le connecteur est conçu pour garantir un fonctionnement robuste et fiable dans les dispositifs portables, l’Internet des objets et d’autres applications de transfert de données à haut débit.
Radiofréquences et antennes
La plupart des dispositifs portables avancés sont intégrés à l’internet des objets (IoT) et, en fonction de la technologie RF, nécessitent des antennes. L’antenne peut être une antenne CMS, une antenne intégrée de manière permanente dans le circuit imprimé ou, dans des circonstances extrêmement rares, une antenne externe.
Diverses antennes, modules RF et modules de communication sont disponibles pour des configurations d’appareils individuelles, par exemple les antennes GPS/GNSS augmentent la fiabilité des liaisons de positionnement sans fil.
Alimentation
La plupart des dispositifs portables nécessitent un connecteur d’alimentation pour le chargement de la batterie, ainsi qu’un connecteur de batterie tel qu’un support de pile bouton ou une borne à 2 ou 3 fils pour les batteries LiPo. La plupart des dispositifs portables utilisent des connecteurs USB pour la recharge, bien que les fabricants développent parfois leurs propres connecteurs personnalisés.
Cartes de développement
En raison de leur petite taille, les circuits imprimés utilisés dans les dispositifs portables sont soumis à des normes différentes de celles des circuits imprimés couramment utilisés. Un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection d’un circuit imprimé, tels que les matériaux de surface, la conception RF/micro-ondes et les lignes de transmission RF. Heureusement, il existe sur le marché un certain nombre de fabricants qui conçoivent des cartes adaptées aux dispositifs portables.
Le kit de développement nRF5340 de Nordic Semiconductor est une solution qui fournit aux développeurs de dispositifs portables un puissant processeur d’application ainsi qu’un processeur réseau entièrement programmable avec une consommation d’énergie extrêmement faible. La conception à double processeur le rend idéal pour les applications IoT complexes telles que les appareils utilisés dans le domaine de la santé. Grâce aux fonctions de sécurité, aux capacités d’apprentissage automatique (ML) et d’intelligence artificielle (IA), la gestion du flux constant de données fournies par les dispositifs portables modernes est plus facile.
Outre Nordic Semiconductor, il existe d’autres marques sur le marché qui proposent des solutions pour les dispositifs portables. Vous trouverez ci-dessous les produits que nous recommandons et qui peuvent être achetés chez Distrelec.
Produits recommandés
Mini carte de développement Bluetooth nRF52840, SparkFun
La carte de développement SparkFun Pro nRF52840 Small – Bluetooth a été développée pour le système sur puce RF nRF52840 de Nordic Semiconductor, qui est une combinaison puissante d’un processeur ARM Cortex-M4 et d’une radio Bluetooth de 2,4 GHz.
Plate-forme d’électronique portable, Adafruit
GEMMA est une plateforme entièrement fonctionnelle conçue pour les dispositifs électroniques portables. Il s’agit d’un microcontrôleur circulaire, fonctionnant avec Arduino, qui peut être cousu directement dans le tissu.
Carte de développement sans fil portable Tactigon avec capteur de mouvement, Next Industries
TACTIGON ONE est une carte programmable pour le contrôle précis des gestes en 3D, la capture des mouvements, le suivi GPS et la mesure des vibrations. Il permet une programmation et un déploiement rapides à l’aide du SDK Arduino, ce qui le rend idéal pour les applications IoT, les technologies portables et les projets d’IA.
LilyPads, SparkFun
Les cartes LilyPad de SparkFun sont conçues pour des applications électroniques inhabituelles et peuvent être cousues sur du tissu pour créer des vêtements intelligents.
*Source : « Alive & Ticking : Advanced Wearables Better Health Outcomes », Wireless Quarter, édition 1, 2022
FAQ
Un dispositif médical portable est un dispositif porté par le patient qui permet de collecter et de transmettre des données et de les convertir en informations. Cela permet aux médecins de recevoir à distance des informations sur l’état d’un patient. Les dispositifs portables jouent un rôle clé dans la prévention et le traitement de nombreuses maladies. Ils sont utilisés pour le diabète, l’hypertension, l’apnée du sommeil et même les troubles neurocognitifs, dont la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer, entre autres.
Les trackers de fitness utilisent un accéléromètre à trois axes pour surveiller en permanence les mouvements du corps. L’appareil peut reconnaître si une personne avance, marche rapidement ou reste simplement immobile, car les données sont enregistrées en continu lorsque l’utilisateur porte l’appareil allumé.
Parmi les dispositifs utilisés dans le secteur de la santé, on peut citer les moniteurs ECG, les tensiomètres et les biocapteurs. Les données fournies par ces dispositifs peuvent aider à prévoir certains problèmes de santé, tels que les crises d’asthme et les exacerbations de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC).
Le Smart Wearables Global Market Report 2022 analyse le marché des wearables intelligents en Asie-Pacifique, en Europe de l’Ouest, en Europe de l’Est, en Amérique du Nord, en Amérique du Sud, au Moyen-Orient et en Afrique. Selon le rapport, l’Asie-Pacifique était le plus grand marché pour les dispositifs portables, suivi par l’Amérique du Sud.
Le secteur des technologies portables est devenu l’un de ceux qui connaissent la plus forte croissance. Entre 2022 et 2030, le marché des dispositifs portables devrait croître à un taux annuel moyen de 13,89%. Des trackers de fitness aux appareils les plus sophistiqués, les dispositifs portables peuvent désormais sauver des vies.
