I dispositivi indossabili, noti soprattutto come activity tracker che contano i passi e le calorie, sono ora in grado di offrire preziose informazioni sulla salute, prevenendo malattie ed emergenze mediche.
Oggi la tecnologia indossabile può salvare la vita delle persone. Gli smartwatch non solo aiutano le persone a tenersi in forma, ma notificano anche le emergenze mediche e informano sullo stato di salute dell’utente per aiutarlo a prevenire le malattie. Secondo Wireless Quarter* 325 milioni di persone utilizzano i dispositivi indossabili in tutto il mondo.
Questo articolo si concentra sui dispositivi indossabili e sulla loro evoluzione, da semplici rilevatori di attività fisica di un decennio fa a dispositivi avanzati che aiutano a prevenire le malattie. L’attenzione si concentrerà sul funzionamento della tecnologia indossabile, sui componenti di cui ha bisogno e su come rivoluziona il settore sanitario. Verranno evidenziati i marchi leader del settore, tra cui Nordic Semiconductor che ha prodotto un doppio processore che è diventato la base per i dispositivi indossabili più recenti e avanzati.
I dispositivi indossabili per rilevare le condizioni di salute
Con lo sviluppo dell’IoT, i dispositivi indossabili possono monitorare i dati fisiologici del paziente, come l’ossigeno nel sangue, la frequenza cardiaca, la saturazione, la frequenza respiratoria e la temperatura.
La fama di questi dispositivi è cresciuta nel settore del fitness fino a diventare uno strumento importantissimo per combattere il Covid-19. Il settore medico sta quindi diventando sempre più interessato alla tecnologia indossabile, che consente ai medici di monitorare i pazienti per un certo periodo di tempo al di fuori dell’ospedale per una serie di condizioni mediche. Oggi svolgono un ruolo importante nella prevenzione e nel controllo di un’ampia gamma di condizioni di salute, tra cui il diabete, l’ipertensione l’apnea notturna, oltre a disturbi neurocognitivi come il Parkinson e l’Alzheimer.
I dispositivi indossabili migliorano la comunicazione tra il paziente e il medico, che in precedenza doveva basare le analisi del paziente sulla cartella clinica e sull’anamnesi. I medici e gli altri fornitori di servizi sanitari possono utilizzare i dati estesi per fare diagnosi precoci, intraprendere il monitoraggio remoto dei pazienti e assicurare l’aderenza ai farmaci.
La tecnologia alla base dei dispositivi indossabili – AI e ML
I dispositivi indossabili più recenti sono alimentati da SoC (System-on-a-chip), SiP (system-in-a-package) e da algoritmi di machine learning (ML) che aiutano a costruire quelli medici più complessi. Grazie all’elaborazione su dispositivi edge, i dispositivi indossabili sono progettati per indicare i problemi di salute sottostanti e fornire ai medici le informazioni necessarie per prendere decisioni cliniche rapide.
L’elaborazione sui dispositivi edge, come gli indossabili, sta diventando sempre più efficiente dal punto di vista energetico e potente, mentre gli algoritmi sono sempre più snelli e ottimizzati dal punto di vista energetico.
– Peter Myhre, responsabile marketing prodotti di Nordic Semiconductors
Componenti utilizzati nella tecnologia indossabile
I dispositivi indossabili intelligenti utilizzano una serie di tecnologie, come la tecnologia dei sensori, la tecnologia dei display, la tecnologia dei chip, la tecnologia delle comunicazioni wireless, la tecnologia di calcolo ed elaborazione dei dati, la tecnologia di resistenza all’alimentazione, la tecnologia di interazione dei dati, ecc.
L’ingegnerizzazione di questi dispositivi potrebbe essere problematica, soprattutto perché il corpo umano è dinamico e i sistemi indossabili devono essere robusti, adattabili e idealmente lavabili quando sono integrati in abiti e accessori (o almeno rimovibili).
Pertanto, la progettazione si concentra sull’integrazione dei sensori, sulla miniaturizzazione e sulla multifunzionalità. Alcuni dei componenti comunemente utilizzati nella progettazione dei dispositivi indossabili sono:
I sensori
I sensori sono particolarmente presenti in tutti i dispositivi indossabili e forniscono informazioni sull’attività e sui parametri fisiologici. L’utente può avere una chiara conoscenza della propria salute generale e delle prestazioni di fitness, potendo misurare i parametri vitali, tra cui i livelli di ossigeno nel sangue, la temperatura corporea e la frequenza cardiaca.
Esistono diversi tipi di sensori utilizzati nei dispositivi indossabili:
- I sensori di pressione;
- I sensori di umidità;
- I sensori di posizione;
- I sensori di temperatura;
- I sensori a film piezoelettrico;
- I sensori di forza.
Con la crescita della tecnologia indossabile, aumenta la richiesta di tecnologie di rilevamento più precise, compatte e affidabili. Di conseguenza, i produttori progettano soluzioni tecnologiche più avanzate.
Ad esempio, una startup medica polacca, Warmie, ha progettato un sensore alimentato dal SoC nRF52810 di Nordic Semiconductor, che consente al dispositivo di valutare più sezioni del corpo e di informare gli utenti o i medici di eventuali problemi di salute.
Un altro marchio è TE Connectivity che produce sensori adatti a dispositivi indossabili e orologi intelligenti. TE Connectivity è un leader globale nelle soluzioni innovative per i sensori e fornisce componenti che sono già presenti nei braccialetti, negli orologi e negli smartwear più diffusi.
Gli interruttori
Gli interruttori sono componenti che controllano il flusso di corrente elettrica attraverso un circuito. Sono una parte essenziale che può essere utilizzata come dispositivo di input per la tecnologia indossabile. Possono essere utilizzati come dispositivi di input per controllare le funzionalità di un dispositivo, anche se più spesso vengono utilizzati per accendere le apparecchiature.
È fondamentale scegliere con cura l’interruttore adatto durante la fase di progettazione, poiché i dispositivi indossabili dispongono di uno spazio limitato. La maggior parte degli interruttori sono tattili, ma a seconda dei requisiti di progettazione possono essere posizionati anche verticalmente o ad angolo.
RND offre interruttori tattili dal design piccolo e indossabile, adeguati per tastiere e apparecchiature di trasmissione dati ad alta velocità. Se siete alla ricerca di interruttori laterali, Omron offre interruttori DIP lavabili e adatti a piccoli computer e dispositivi palmari.
I componenti passivi
Un componente passivo è un pezzo di apparecchiatura elettronica che richiede energia elettrica per funzionare. A seconda dell’utilizzo in un circuito elettrico, il componente può rilasciare, assorbire o trattenere l’energia. I tipi più comuni di componenti passivi sono resistenze, condensatori e induttori.
Vishay offre resistenze professionali a film sottile a chip fermo, ideali per la maggior parte dei settori della moderna elettronica di precisione in cui la stabilità e l’affidabilità sono considerazioni fondamentali. Sono adatti ad applicazioni per apparecchiature di test e misurazione di precisione, ad esempio apparecchiature mediche non critiche come gli indossabili.
I semiconduttori
I semiconduttori sono il cervello della tecnologia indossabile; interpretano i dati provenienti da sensori o altri input e forniscono un risultato utile. L’espansione del settore degli indossabili è stata accelerata in gran parte dagli sviluppi nel settore dei semiconduttori. Dispositivi come microcontrollori, diodi, transistor o timer/contatori sono fondamentali per il corretto funzionamento dei sistemi embedded.
Ad esempio, l’uso di diodi altamente sensibili consente il monitoraggio biometrico, come l’ossigeno nel sangue e la frequenza cardiaca. Il fotodiodo PIN di Vishay è un dispositivo a montaggio superficiale (SMD) a basso profilo con un chip in grado di rilevare la luce nel vicino infrarosso e nel visibile con un’area di sensibilità di 5,4 mm2.
IQD, una divisione del gruppo Würth Elektronik eiSos, ha creato una serie di nuovi oscillatori di clock che funzionano a basse tensioni, consentendo ai progettisti di sistemi di creare sistemi con una barra di alimentazione condivisa. Poiché i nuovi progetti sono sempre più piccoli, possono essere adattati agli indossabili.
Ad esempio, gli oscillatori della serie IQXO-691 sono perfetti per l’uso in progetti in cui è essenziale una maggiore durata della batteria, come le apparecchiature di test portatili, le interfacce USB, le WLAN e le applicazioni indossabili.
I connettori
Nella tecnologia indossabile, i connettori possono essere utilizzati per antenne, sensori, alimentazione, connessioni a batteria, da scheda a scheda, da filo a scheda e dispositivi di memoria rimovibili. Collegano le periferiche al dispositivo principale e facilitano le riparazioni in caso di guasto di un componente.
Con il connettore USB 3.1 Type-C di Molex è possibile beneficiare di un’eccellente affidabilità e garantire una grande durata, evitando danni dovuti all’abuso del connettore grazie al design della linguetta del connettore a piastra centrale. È progettato per fornire prestazioni robuste e affidabili per gli indossabili, l’Internet delle cose e altre applicazioni di I/O dati ad alta velocità.
Le antenne & le antenne RF
La maggior parte dei dispositivi indossabili avanzati sono incorporati nell’IoT e, in base alla tecnologia RF, devono essere dotati di antenne. L’antenna può essere un’antenna SMD, una cablata nel PCB o, in circostanze estremamente rare, un’antenna esterna.
Con una selezione di antenne multi-banda per qualsiasi configurazione di dispositivo, esistono diversi tipi di antenne, moduli RF e di comunicazione; ad esempio, le antenne GPS/ GNSS aumentano l’affidabilità delle connessioni wireless di posizionamento.
L’alimentazione
La maggior parte dei dispositivi indossabili necessita di un connettore di alimentazione per la ricarica della batteria e di un connettore per la batteria, come un supporto per celle a moneta o un terminale a 2 o 3 fili per batterie LiPo. La maggior parte dei dispositivi indossabili utilizza connettori USB per la ricarica, mentre occasionalmente i produttori creano un connettore esclusivo.
Le schede e i kit di sviluppo
A causa delle dimensioni ridotte, i progetti di PCB indossabili hanno degli standard diversi rispetto ai circuiti stampati comunemente utilizzati. Ci sono molti fattori da tenere in considerazione prima di scegliere la scheda PCB giusta, come i materiali della superficie della scheda, il design RF e a microonde e le linee di trasmissione RF. Fortunatamente, alcuni produttori progettano schede adatte alla tecnologia indossabile.
Il sistema SoC nRF5340 di Nordic Semiconductor offre agli sviluppatori di dispositivi indossabili un potente processore applicativo e un processore di rete a bassissimo consumo totalmente programmabile. Il doppio design del processore lo rende ideale per applicazioni IoT complesse come i dispositivi sanitari. Grazie alle funzionalità di sicurezza, ML e intelligenza artificiale (AI), è più facile gestire il flusso costante di dati fornito dai moderni dispositivi indossabili.
Oltre a Nordic Semiconductor, esistono altri marchi che forniscono soluzioni per gli indossabili. Date un’occhiata ai prodotti consigliati di seguito per acquistarli direttamente dal negozio web Distrelec.
Prodotti consigliati
Scheda di sviluppo nRF52840 Mini Bluetooth, SparkFun
La scheda di sviluppo SparkFun Pro nRF52840 Small – Bluetooth è realizzata per il System-on-Chip (SoC) RF nRF52840 di Nordic Semiconductor, una potente combinazione di CPU ARM Cortex-M4 e radio Bluetooth a 2,4 GHz.
Piattaforma elettronica indossabile, Adafruit
GEMMA è una piattaforma completamente funzionale per l’elettronica indossabile. Si tratta di un microcontrollore circolare e cucibile che funziona con Arduino ed è fatto per alimentare incredibili progetti indossabili.
Scheda di sviluppo wireless dispositivi indossabili Tactigon con sensore di movimento
Tactigon One è una scheda programmabile per la cattura del movimento, il tracciamento GPS, il controllo dei gesti 3D ad alta precisione e la misurazione delle vibrazioni. Consente una rapida programmazione e implementazione con l’SDK di Arduino, rendendola perfetta per applicazioni IoT, tecnologia indossabile e progetti AI.
LilyPads, SparkFun
LilyPads di SparkFun è un tessuto elettronico che può essere indossato ed è realizzato con grandi cuscinetti di collegamento che possono essere cuciti negli indumenti.
*Fonte: “Alive & Ticking: Advanced Wearables Better Health Outcomes” , Wireless Quarter, Issue 1, 2022.
Domande frequenti
La tecnologia sanitaria indossabile è una tecnologia in grado di rilevare, trasmettere ed elaborare informazioni mentre viene indossata dai pazienti. Consente agli operatori sanitari di ricevere informazioni sulle condizioni di salute del paziente da remoto. Inoltre, oggi i dispositivi indossabili sono fondamentali per la prevenzione e la gestione di diverse malattie, come il diabete, l’ipertensione, l’apnea del sonno o persino i disturbi neurocognitivi come il Parkinson e l’Alzheimer.
I fitness tracker indossabili utilizzano un accelerometro a tre assi per tracciare continuamente il movimento del corpo. Il tracker è in grado di determinare se la persona si sta muovendo in avanti, se sta correndo velocemente o se è semplicemente ferma, perché i dati vengono registrati continuamente mentre è indossato e acceso.
I fitness tracker, i monitor della pressione sanguigna e i biosensori sono alcuni esempi di dispositivi sanitari indossabili. I dati provenienti dai dispositivi indossabili, tra cui fitness tracker, smart watch, monitor dell’elettrocardiogramma (ECG), monitor della pressione sanguigna e biosensori, possono aiutare a prevedere alcuni problemi di salute, ad esempio gli attacchi di asma e le riacutizzazioni della BPCO.
Secondo lo Smart Wearables Global Market Report 2022, nel 2021 la regione più grande del mercato degli indossabili intelligenti era l’Asia-Pacifico. Il mercato degli indossabili intelligenti è stato dominato dal Nord America, che si è classificato al secondo posto. Lo studio di mercato sui dispositivi indossabili intelligenti include la copertura di Asia-Pacifico, Europa occidentale, Europa orientale, Nord America, Sud America, Medio Oriente e Africa.
La tecnologia indossabile è diventata uno dei settori in più rapida crescita. Tra il 2022 e il 2030, si prevede che il mercato della tecnologia indossabile crescerá da $20.64 miliardi nel 2022 a $23.33 miliardi. Dai fitness tracker indossabili ai dispositivi più complessi, ora la tecnologia indossabile può salvare vite umane.
