Wearables, främst kända som aktivitetsspårare som räknar steg och kalorier, kan nu erbjuda värdefulla insikter om hälsa som kan förebygga sjukdomar och medicinska nödsituationer.
Idag kan bärbar teknik rädda människors liv. Smarta klockor hjälper inte bara människor att hålla sig i form utan även meddela om medicinska nödsituationer och informera om användarens hälsotillstånd för att motverka sjukdomar. Enligt Wireless Quarter* använder 325 miljoner människor wearables över hela världen.
Den här artikeln kommer att fokusera på wearables och hur de har förbättrats från att bara vara aktivitetsspårare för ett decennium sedan till avancerade enheter som hjälper till att förebygga sjukdomar. Fokus ligger på hur bärbar teknologi fungerar, vilka komponenter den behöver och hur den revolutionerar vårdbranschen. Vi lyfter fram branschledande varumärken, bland annat Nordic Semiconductor som producerade en dubbelprocessor som blivit grunden för de nyaste, mest avancerade bärbara enheterna.
Bärbar teknik för att detektera hälsotillstånd
Med utvecklingen av IoT kan bärbara enheter övervaka en patients fysiologiska data, såsom blodsyre, hjärtfrekvens, mättnad, andningsfrekvens och temperatur.
Deras popularitet växte inom fitnesssektorn för att bli en riktigt viktig enhet för att bekämpa Covid-19. Det medicinska området blir därför allt mer intresserat av bärbar teknologi, som gör det möjligt för läkare att övervaka patienter under en viss tid utanför sjukhuset för en mängd olika medicinska tillstånd. Den spelar nu en viktig roll i förebyggande och kontroll av ett brett urval hälsotillstånd, inklusive diabetes, högt blodtryck och sömnapné, såväl som neurokognitiva störningar som Parkinsons och Alzheimers.
Wearables förbättrar kommunikationen mellan patient och läkare som tidigare behövde basera sin patients analyser på journal och historia. Läkare och andra vårdgivare kan använda den omfattande informationen för att ställa tidiga diagnoser, utföra fjärrspårning av patienter och säkerställa att medicinering följs.
Tekniken bakom wearables – AI och ML
De nyaste bärbara enheterna drivs av SoCs (System-on-a-chip), SiPs (system-in-a-package) och maskininlärningsalgoritmer (machine learning, ML) som hjälper till att bygga de mest komplexa medicinska bärbara enheterna. Med datorer på edge-enheter är bärbar utrustning utformad för att indikera underliggande hälsoproblem och ge läkare information som är nödvändig för att fatta snabba kliniska beslut.
Computing on edge-enheter som wearables blir allt mer energieffektiva och kraftfulla medan algoritmerna är mer strömlinjeformade och energioptimerade.
– Peter Myhre, chef för produktmarknadsföring på Nordic Semiconductors
Komponenter som används i bärbar teknik
Intelligenta bärbara enheter använder en mängd olika teknik, såsom sensorer, displayer, chipteknologi, trådlös kommunikations, databeräknings- och bearbetningsteknik, kraftuthållighetsteknik, datainteraktionsteknik, etc.
Alltså kan konstruktionen av sådana enheter vara problematisk, särskilt då människokroppen är dynamisk så bärbara system måste vara robusta, anpassningsbara och idealiskt tvättbara när de är integrerade i kläder och accessoarer (eller åtminstone avtagbara).
Därför fokuserar designen på sensorintegration, miniatyrisering och multifunktionalitet. Några av de vanligaste komponenterna i design av bärbara produkter är:
Sensorer
Sensorer finns i mer eller mindra alla bärbara enheter, vilket ger insikter i aktiviteten och fysiologiska parametrar. Användaren kan ha klar kunskap om sin övergripande hälsa och kondition genom att kunna mäta livsviktiga parametrar som syrenivåer i blodet, kroppstemperatur och hjärtfrekvens.
Det finns olika typer av sensorprodukter som används i wearables:
I takt med att bärbar teknik växer, finns det mer efterfrågan på mer exakta, kompakta och tillförlitliga avkänningstekniker. Därför utformar tillverkare mer avancerade tekniska lösningar.
Till exempel designade en polsk medicinsk startup, Warmie, en sensor på Nordic Semiconductors SoC nRF52810, som gör att enheten kan värdera genom flera delar av kroppen och informera användare eller läkare om möjliga hälsoproblem.
Ett annat varumärke är TE Connectivity som producerar sensorer lämpade för bärbara enheter och smarta klockor. TE Connectivity är en global ledare inom innovativa sensorlösningar som tillhandahåller komponenter som redan finns i populära armband, klockor och smarta kläder.
Strömställare
Strömställare är komponenter som styr hur mycket elektrisk ström som flyter genom en krets. De är en viktig del som kan användas som en inmatningsenhet för bärbar teknik. De kan användas som inmatningsenheter för att styra en enhets funktionalitet, även om de oftare används för att slå på utrustning.
Det är viktigt att noggrant välja rätt strömställare under designfasen eftersom bärbara enheter har ett begränsat utrymme. De flesta strömställare är taktila, men beroende på designkraven kan de även placeras vertikalt eller i vinkel.
RND erbjuder taktila strömställare som liten bärbar design, lämpliga för tangentbord och snabb dataöverföringsutrustning. Söker du sidströmställare tillhandahåller Omron DIP-switchar som är tvättbara och lämpliga för små datorer och handhållna enheter.
Passiva komponenter
En passiv komponent är en del av elektronisk utrustning som kräver elektrisk ström för att fungera. Beroende på hur den kommer att användas i en elektrisk krets kan komponenten sedan frigöra, absorbera eller behålla energin. De vanligaste typerna av passiva komponenter är motstånd, kondensatorer och induktorer.
Vishay erbjuder professionella tunnfilms chipmotstånd, idealiska för de flesta sektorer inom modern precisionselektronik där stabilitet och tillförlitlighet är nyckelfaktorer. De är lämpliga för applikationer för precisionstest- och mätutrustning, till exempel icke-kritisk medicinsk utrustning som just wearables.
Halvledare
Halvledare är hjärnan i bärbar teknik; de tolkar data från sensorer eller andra ingångar och levererar ett användbart resultat. Expansionen av wearables-branschen har till stor del accelererats av utvecklingen inom halvledarsektorn. Enheter som mikrokontroller, dioder, transistorer eller timrar/räknare är avgörande för att inbyggda system ska fungera korrekt.
Användning av högkänsliga dioder möjliggör till exempel biometrisk övervakning, såsom blodsyre och hjärtfrekvens. PIN-fotodioden från Vishay är en lågprofils ytmonterad enhet (SMD) med ett chip som kan detektera nära-infrarött och synligt ljus med en känslighetsarea på 5,4 mm2.
En mängd nya klockoscillatorer som arbetar vid låga spänningar har skapats av IQD, en division av Würth Elektronik eiSos Group, vilket gör att systemdesigners kan skapa system med en delad matningslinje. I takt med att ny design blir mindre och mindre kan de passa för wearables.
Till exempel är oscillatorerna från IQXO-691-serien perfekta för användning i konstruktioner där ökad batteritid är avgörande, såsom portabel testutrustning, USB-gränssnitt, WLAN och bärbara applikationer.
Kontaktdon
Kontaktdon kan användas i bärbara enheter för antenner, sensorer, ström, batterianslutningar, kort-till-kort, kabel-till-kort och flyttbara minnesenheter. De länkar kringutrustning till den primära enheten och underlättar enkla reparationer i händelse av att en komponent skulle gå sönder.
Med USB 3.1 typ-C-kontakten från Molex kan du dra nytta av utmärkt tillförlitlighet och säkerställa stor hållbarhet och undvika skador från anslutningsmissbruk tack vare designen på mittplattans kontakttunga. Den är designad för att ge robust och tillförlitlig prestanda för bärbara enheter, Internet of Things och andra höghastighetsdata-I/O-applikationer.
RF och antenner
Majoriteten av avancerade bärbara enheter är integrerade med IoT och, beroende på RF-teknik, kräver de antenner. Antennen kan vara en SMD-antenn, en som är utformad direkt på kretskortet, eller, i sällsynta fall, en extern antenn.
Med ett urval av multiband-antenner för enhetskonfigurationer finns det olika typer av antenner, RF och kommunikationsmoduler, till exempel ökar GPS/GNSS-antennerna tillförlitligheten för att positionera trådlösa anslutningar.
Strömförsörjning
Dessutom kommer de flesta bärbara enheter att behöva en strömkontakt för att ladda batteriet, såväl som en batterikontakt som en knappcellshållare eller ett LiPo-batteri med 2 eller 3 anslutningar. Majoriteten av bärbara enheter använder USB-kontakter för laddning, medan tillverkare ibland skapar sin egna exklusiva kontakt.
Utvecklingskort
På grund av det lilla formatet har bärbara kretskortsdesigner andra standarder än vanliga kretskort. Det finns många faktorer att tänka på innan du väljer rätt kretskort, såsom ytmaterial på kortet, RF/mikrovågsdesign och RF-överföring. Som tur är finns det tillverkare som designar kort lämpliga för bärbar teknik.
nRF5340 SoC från Nordic Semiconductor förser bärbara utvecklare med en stark applikationsprocessor samt en helt programmerbar nätverksprocessor med extremt låg förbrukning. Processorns dubbeldesign gör den idealisk för komplicerade IoT-applikationer som sjukvårdsenheter. Med säkerhetsfunktioner, ML och artificiell intelligens (AI) är det lättare att hantera den ständiga strömmen av data från moderna bärbara enheter.
Förutom Nordic Semiconductor finns det andra tillverkare som tillhandahåller bärbara lösningar. Ta en titt på våra rekommenderade produkter nedan att handla direkt från Elfa Distrelecs webbutik.
Rekommenderade produkter
nRF52840 miniatyrutvecklingskort med Bluetooth, SparkFun
SparkFun Pro nRF52840 Small – Bluetooth-utvecklingskort är gjort för Nordic Semiconductors nRF52840 RF System-on-Chip (SoC), en potent kombination av en ARM Cortex-M4 CPU och 2,4GHz Bluetooth-radio.
Bärbar elektronikplattform, Adafruit
GEMMA, är en fullt fungerande plattform för bärbar elektronik. Det är en cirkulär, sybar mikrokontroller som fungerar med Arduino och är gjord för att driva otroliga bärbara projekt.
Tactigon trådlöst kroppsnära utvecklingskort med rörelsesensor, Next Industries
Tactigon One är ett programmerbart kort för rörelsefångst, GPS-spårning, högprecisionskontroll av 3D-gester och vibrationsmätningar. Det möjliggör snabb programmering och implementering med Arduino SDK, vilket gör den perfekt för IoT-applikationer, bärbar teknik och AI-projekt.
LilyPads, SparkFun
LilyPads från SparkFun är en e-textil som kan bäras och är gjord med stora kopplingsytor så att den kan sys in i kläder.
*Source: “Alive & Ticking: Advanced Wearables Better Health Outcomes” , Wireless Quarter, Issue 1, 2022.
Frågor och svar
Bärbar sjukvårdsteknik är teknologi som kan känna av, överföra och bearbeta information samtidigt som den bärs av patienter. Det gör det möjligt för medicinsk personal att få information om patienters hälsotillstånd på distans. Dessutom är bärbara enheter idag avgörande för att förebygga och hantera en mängd olika sjukdomar, såsom diabetes, högt blodtryck, sömnapné eller till och med neurokognitiva störningar inklusive Parkinsons och Alzheimers.
Bärbara träningsspårare använder en treaxlig accelerometer för att kontinuerligt läsa av kroppsrörelser. Spåraren kan avgöra om personen rör sig framåt, springer snabbt eller till och med bara står still eftersom data kontinuerligt registreras medan den bärs och är påslagen.
Träningsspårare, blodtrycksmätare och biosensorer är några exempel på bärbara sjukvårdsenheter. Data från bärbara enheter, inklusive träningsspårare, smarta klockor, elektrokardiogram (EKG)-monitorer, blodtrycksmätare och biosensorer, kan hjälpa till att förutsäga vissa hälsoproblem, till exempel astmaattacker och KOL-anfall.
Enligt Smart Wearables Global Market Report 2022var marknadens största region för smarta wearables Asien och Stillahavsområdet 2021. Marknaden för smarta wearables dominerades av Nordamerika, som kom på andra plats. Marknadsstudien för smarta bärbara produkter inkluderar täckning av Asien-Stillahavsområdet, Västeuropa, Östeuropa, Nordamerika, Sydamerika, Mellanöstern och Afrika.
Bärbar teknik har utvecklats till en av de snabbast växande sektorerna. Mellan 2022 och 2030 förväntas marknaden för bärbar teknologi expandera med en sammantagen årlig tillväxttakt på 13,89%. Från bärbara träningsspårare till komplicerade enheter, nu kan bärbar teknologi rädda liv.
