12 e 13 Aprile 2022, BolognaFiere

Alimentare dispositivi sanitari indossabili

Ispirato alla Wearable Design Challenge “Sudden Impact” di element14, questo è il terzo di una serie di post, in esclusiva italiana per Fortronic/A&V Elettronica, che esplorano le sfide insite nel creare dispositivi medici indossabili.

I nostri concorrenti lavorano alacremente nella nostra sfida di design Sudden Impact element14 per creare soluzioni sanitarie indossabili per atleti, coach e allenatori, da usare sul campo in tempo reale. La scadenza per la consegna dei progetti finali è ormai passata, e molti tra i 12 concorrenti hanno avviato, prima del termine, dei test, indossando i loro stessi i loro prototipi e andando a fare un giro sul campo, sui campi e sulle piste.

Une delle sfide che si ripropongono ai nostri concorrenti è la gestione dell’alimentazione, problema che si fa ancora più palese nella fase di demo. Sviluppare prototipi in grado di raccogliere e trasmettere dati per lunghi periodi di tempo in tempo reale (nel caso degli sport più trattati spesso anche per cinque ore o più) è fondamentale e diventa l’ostacolo più difficile da sormontare per molti dei nostri partecipanti.

Vediamo allora in che modo sono applicate ai dispositivi proposti le svariate piattaforme di gestione dell’alimentazione, già note o emergenti, utilizzate dai nostri ingegneri.

Bluetooth Low Energy
Come spiega Hendrik Lipka, concorrente di Sudden Impact, Bluetooth 4.0 e Bluetooth Low Energy spesso sono due termini usati in modo intercambiabile. Ma come ha imparato lui stesso sviluppando i suoi rilevatori di impatto e battito cardiaco montati su casco per giocatori di calcio e sciatori, si tratta di due protocolli molto diversi tra loro.

Bluetooth 4.0 è un insieme di tre diverse definizioni di protocollo: Bluetooth classico (protocollo originale), Bluetooth alta velocità (introdotto con Bluetooth 2.0) e Bluetooth Low Energy, meglio conosciuto come BLE. Anche se Bluetooth Low Energy rientra nella specifica Bluetooth 4.0 ed è compatibile con i dispositivi BL4.0, un dispositivo BLE non è sempre in grado di funzionare con le connessioni Bluetooth più tradizionali.

Mentre il Bluetooth classico e il Bluetooth alta velocità sono simili, tranne per il processo di trasferimento dati, il BLE è un nuovo protocollo e l’applicazione non è facilmente trasferibile. Il BLE è studiato per soluzioni con un’alimentazione estremamente ridotta ed è più adatto a scariche brevi di scambio dati, piuttosto che a connessioni continue. Come ha capito Hendrik, il BLE è ottimizzato per il trasferimento di “informazioni di stato”. In parole povere, il suo sensore del battito cardiaco potrebbe trasmettere l’attuale battito come uno stato, oltre ai valori massimo e minimo in un dato periodo di tempo, come due stati separati.

Per atleti e allenatori che preferiscono usare il rilevatore di battito cardiaco come sistema di avviso e ricevere una notifica non appena il battito eccede o è al di sotto di una soglia stabilita, BLE è un protocollo adeguato. Tuttavia, nei casi in cui è necessario ricevere un flusso costante di dati legati al battito cardiaco dell’atleta, BLE non è più un’applicazione ideale. Nel caso di Hendrik, come in quello di molti ingegneri elettronici, si tratta di scegliere tra funzionalità e longevità.

Ricarica Qi
Douglas Wong, un altro concorrente Sudden Impact alle prese con la gestione dell’alimentazione, sta cercando una soluzione per il suo rilevatore di traumi montato su casco e pensato per i giocatori di hockey. Per rendere il sistema impermeabile ed ergonomico, Douglas ha inserito nel casco una batteria ai polimeri di litio che si ricarica senza fili tramite un caricatore Qi.

Sviluppata dal Wireless Power Consortium, l’interfaccia Qi standard è salita alla ribalta grazie alle applicazioni per i dispositivi mobili. Importanti produttori come HTC, LG e Motorola l’hanno adottata e oggi la soluzione Qi sta penetrando il mercato dei dispositivi sanitari indossabili. Anche se il sistema Qi necessita di una “cartuccia” per trasmettere energia ad un dispositivo, la trasmissione può avvenire anche senza che i due punti di carica si tocchino. Con un raggio d’azione di circa 4cm, Qi può caricare anche più dispositivi da un’unica cartuccia.

Per chi si occupa di attrezzature sportive ciò significa che basta una manciata di cartucce Qi per ricaricare i caschi dell’intera squadra di  hockey prima o dopo un incontro. Dal punto di vista logistico, Qi rappresenta una soluzione di ricarica potenzialmente semplice e conveniente per dispositivi medici da indossare, ma è molto probabile che si riveli inadeguata anche per i dispositivi fai da te come quello di Douglas. È comunque possibile che un protocollo simile al sistema Qi possa gettare le basi per cartucce wireless a più larga scala, che potrebbero rendere un casco con monitoraggio incorporato degli impatti un apparecchio intuitivo da usare e facile da caricare come un telefono cellulare.

La ricarica wireless, insieme ad altre soluzioni d’alimentazione, ha ancora molta strada da fare per realizzare tutto il suo potenziale. element14 l’ha già provato, a colpi di sfide. Anche se gli ostacoli di gestione dell’energia che devono affrontare gli ingegneri che partecipano a Sudden Impact non sono necessariamente rivoluzionari, essi tuttavia dimostrano l’importanza di nuove tecnologie più reattive su cui gli utenti finali possano fare affidamento per raccogliere e trasmettere dati in un mondo sempre più connesso – sul campo o da remoto.

Nel nostro prossimo e ultimo blog della serie annunceremo i vincitori della sfida Sudden Impact e analizzeremo alcuni dei progressi che i nostri concorrenti hanno compiuto lungo il loro cammino.

Chi è l’autore
Christian DeFeo_webChristian DeFeo
è l’e-supplier e innovation manager presso Farnell element14. Recentemente ha curato il concorso Beyond the Phone in cui i membri di element14 hanno sviluppato dispositivi medici wireless. Egli è attualmente responsabile del concorso di progettazione Sudden Impact.

Laura Baronchelli
Laura Baronchelli