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.
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
nRF52840 Mini Bluetooth fejlesztőkártya, SparkFun
A SparkFun Pro nRF52840 kis Bluetooth fejlesztőkártya a Nordic Semiconductor nRF52840 RF egylapkás rendszeréhez (SoC) készült, egy ARM Cortex-M4 CPU és egy 2,4 GHz-es Bluetooth rádió hatékony kombinációja.
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.
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.
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
A hordható egészségügyi technológia olyan technológia, amely információk érzékelésére, továbbítására és feldolgozására képes, miközben a betegek viselik. Lehetővé teszi az egészségügyi szakemberek számára, hogy távolról férjenek hozzá a páciens egészségi állapotával kapcsolatos információhoz. Emellett manapság a hordható eszközök kulcsfontosságúak számos betegség megelőzésében és kezelésében, mint például a cukorbetegség, a magas vérnyomás, az alvási apnoe, vagy akár a neurokognitív rendellenességek, köztük a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór.
A hordható fitneszkövetők háromtengelyes gyorsulásmérőt használnak a test mozgásának folyamatos nyomon követésére. A készülék képes megállapítani, hogy a személy előrehalad, gyorsan fut, vagy akár csak egy helyben áll, mert az adatok folyamatosan rögzítésre kerülnek viselés közben, amennyiben be van kapcsolva.
A fitneszkövetők, vérnyomásmérők és bioszenzorok a viselhető egészségügyi eszközök néhány példája. A hordható eszközökből, köztük a fitneszkövetőkből, okosórákból, elektrokardiogram (EKG) monitorokból, vérnyomásmérőkből és bioszenzorokból származó adatok segíthetnek előre jelezni bizonyos egészségügyi problémákat, például az asztmás rohamokat és a COPD fellángolását.
Az okos hordható eszközök 2022. évi globális piaci jelentése szerint az okos hordható eszközök piacának legnagyobb régiója az ázsiai csendes-óceáni térség volt 2021-ben. Az okos hordható eszközök piacát Észak-Amerika uralta, amely a második helyen végzett. Az okos hordható eszközök piaci tanulmánya az ázsiai csendes-óceáni térségre, Nyugat-Európára, Kelet-Európára, Észak-Amerikára, Dél-Amerikára, a Közel-Keletre és Afrikára terjed ki.
A hordható technológia az egyik leggyorsabban növekvő ágazattá fejlődött. 2022 és 2030 között a hordható technológia piaca várhatóan 13,89%-os összetett éves növekedési ütemben fog bővülni. A hordható fitneszmérőktől kezdve a bonyolult készülékekig a hordható technológia ma már életeket menthet.
