Termin „elektronika noszona na ciele” (wearables) obejmuje wiele różnych aplikacji oraz urządzeń. W dużej części przypadków są to niewielkie systemy embedded zasilane bateryjnie, z własnym oprogramowaniem i możliwością komunikacji w ramach Internetu Rzeczy. Przedstawiamy ich przykładowe zastosowania – wprawdzie tylko częściowo dotyczące przemysłu, ale przede wszystkim pokazujące, jak rozwija się ten nowy i obiecujący obszar technologii.

────── Artykuł firmowy ──────

Widzisz jedynie część większego artykułu – całość przeczytasz tutaj

Dzisiaj będzie nietypowo – zaczniemy od… urządzeń medycznych i wspierających zdrowy tryb życia. Powodem jest to, że są one dużej części z nas dobrze znane, przy czym z różnych powodów. Pierwszym jest staływzrost liczby osób starszych w społeczeństwach na całym świecie. Oznacza to, że coraz więcej ludzi z wynikającymi z zaawansowanego wieku, wymaga ciągłego monitorowania zdrowia. Drugim czynnikiem dynamicznie rozwijającym ten rynek jest coraz większe nasilenie schorzeń spowodowanych stylem życia. Kolejnym zagadnieniem jest to, że wśród konsumentów zwiększyła się świadomość korzyści płynących z monitorowania stanu zdrowia, a rosnące koszty opieki zdrowotnej (zarówno dla rządów, jak i osób prywatnych), dodatkowo zwiększyły zapotrzebowanie na te technologie.

Ludzkie potrzeby wykraczają jednak daleko poza strefę medyczną. To daje rosnące szanse dostawcom różnorodnych urządzeń medycznych, począwszy od wciągających gier, po zestawy rozszerzonej rzeczywistości, które umożliwią wirtualne aranżowanie ustawienia mebli w ich własnych pokojach i porównywanie rezultatów. Jest też jeszcze jeden obszar – elektronika zaszyta w ubraniu, breloczek, lub bransoletka pozwalają menedżerom na śledzenie swoich pracowników, a w przypadku szpitali, pracownikom na lokalizowanie pacjentów, itd.

IoT oraz przykłady urządzeń

IoT, czyli Internet Rzeczy, stanowi element wspólny wszystkich urządzeń noszonych, które komunikują się ze światem wykraczającym poza ciała ich właścicieli. Weźmy dwa przykłady systemów zdalnego monitorowania pacjentów (Remote Patient Monitoring): glukometr używany przez diabetyków oraz urządzenie do monitorowania ciśnienia krwi, potrzebne tym, którzy zmagają się z problemami kardiologicznymi. Infrastruktura IoMT (Internet of Medical Things) zapewnia trasę dla danych z tych sensorów, tak by mogły one docierać do gabinetu lekarza wraz z narzędziami, które umożliwiają analizę i podejmowanie danych w oparciu o wyniki. Dane z czujnika zlokalizowanego na pacjencie mogą być przesyłane poprzez sieć w obrębie samego ciała, lub przez sieć lokalną, do routera – czy to bezpośrednio, czy poprzez aplikację na telefonie lub komputerze. W komunikacji pośredniczy także serwer internetowy w chmurze, który umożliwia analizę i podejmowanie działań.

Urządzenia takie jak omawiane często pełnią o wiele większą rolę niż tylko czujników. Przykładowo Medilync Insulync składa się z glukometru i czytnika poziomu insuliny. Jest w stanie dostarczać wgląd w analizę danych na temat poziomu cukru we krwi, dawki insuliny, pulsu i ciśnienia krwi, niemal w czasie rzeczywistym. Jednocześnie dane zbierane z urządzenia są łączone z planem posiłków od partnerów takich jak MyFitness Pal oraz z informacjami o ćwiczeniach. Dane te są analizowane za pomocą algorytmów uczenia maszynowego, by pomóc zrozumieć i zidentyfikować najlepsze opcje dla pacjenta. Urządzenie stanowi więc kompletny system opieki zdrowotnej dla diabetyków.

Innowacje w urządzeniach noszonych na ciele

Użytkownicy – czy to szpitale lub przedsiębiorstwa instalujące urządzenia, czy to pacjenci albo klienci noszący je na sobie – oczekują zaawansowanych, a nawet rewolucyjnych funkcji, sprzężonych z łatwością użytkowania, bezpieczeństwem, trwałością, niewielkimi rozmiarami i masą oraz długim czasem pracy na baterii. Jednym z efektów innowacji jest to, że o ile możemy myśleć o urządzeniach noszonych np. na nadgarstku, takich jak Fitbit, sama koncepcja sprzętu tego typu rozwija się na różne sposoby. Powstaje biżuteria, ubrania, a nawet tatuaże, które wyposażane są w inteligencję i łączność. I jeśli dodatkowo uwzględnimy sprzęt do wirtualnej albo rozszerzonej rzeczywistości, otwiera się cała gama nowych możliwości i aplikacji.

Przykładowo WristOx2 to pulsoksymetr noszony na nadgarstku, który monitoruje i mierzy tętno oraz poziom natlenienia krwi. Urządzenie może być używane zarówno w szpitalu, jak i gdy pacjent zostanie wypisany, by móc zdalnie monitorować tętno i natlenienie przez długi czas. O innych urządzeniach noszonych na nadgarstku przeczytasz tutaj.

Inteligentne ubrania i biżuteria

O ile urządzenia przypominające kształtem zegarek na rękę mogą stanowić wygodną platformę dla sensorów, wyświetlaczy i nadajników bezprzewodowych, nie każdy jest w stanie je nosić, a część osób po prostu nie lubi mieć niczego na nadgarstku. Z tych powodów, inteligentne ubrania mogą stanowić coraz bardziej atrakcyjną alternatywę.Produkty takie są już teraz dostępne, a za przykład może posłużyć Hexoskin Smart – koszulka z wplecionymi sensorami, która monitoruje tętno, oddech oraz ruch. Łączy się z otoczeniem za pośrednictwem interfejsu Bluetooth, pozwalając na parowanie z aplikacjami takimi jak MapMyRun, RunKeeper i Strava oraz z wieloma akcesoriami innych firm. Natomiast osoby praktykujące jogę mogą skorzystać z dobrodziejstw wirtualnego instruktora jogi pod postacią biometrycznych spodni NADI X Smart Yoga Pants. Mają one wbudowane haptyczne generatory wibracji, które pulsują w okolicach bioder, kolan i kostek, zachęcając użytkowników do utrzymania lub zmiany pozycji. Synchronizuje się przez Bluetooth z telefonem i dostarcza dodatkowych informacji użytkownikowi poprzez powiązaną aplikację.

Technologia, która umożliwia tworzenie inteligentnych ubrań jest rozwijana przez Noble Biomaterials wraz z firmą Bemis Associates. Oferują one Circuitex – przewodzący materiał, który pozwala na detekcję, transmisję i ochronę sygnałów elektronicznych w ramach delikatnego, elastycznego płótna. Projektanci mogą wykorzystywać je do tworzenia inteligentnej, rozciągliwej i wytrzymałej odzieży przy skorzystaniu z opracowanej przez Bemis technologii bezszwowego łączenia ze sobą materiałów (Bemis Sewfree Bonding). Circuitex powstaje poprzez trwałe nałożenie czystego srebra na powierzchnię płótna. Powoduje to wytworzenie ciągłej warstwy srebra, przy zachowaniu elastyczności, komfortu i wytrzymałości materiału znajdującego się pod nią. Produkty opierające się o wykorzystanie Circuitexu pozwalają na przekazywanie szeregu danych (ECG, EMG, naprężeń i mapowania nacisku) oraz dostarczanie energii (w celach stymulacji elektrycznej mięśni czy na potrzeby zasilania).

Inteligentna biżuteria to kolejna alternatywa dla tych, którzy chcą wyglądać bardziej modnie, niż bardziej technologicznie, a jednocześnie korzystać z dobrodziejstw dostarczanych przez technologie. Jednym z przykładów jest Senstone, który z wyglądu przypomina wisiorek z kamieniem szlachetnym, ale działa jako przenośny rejestrator głosu z funkcjami asystenta. Pozwala użytkownikom na wprowadzanie zdarzeń do kalendarza, tworzenie przypomnień, zapisywanie notatek czy wszelkich innych nagrań głosu. Oznacza to, że użytkownicy mogą skoncentrować się na tym, co chcą powiedzieć, bez bycia rozpraszanymi przez samo urządzenie czy przez notowanie. Urządzenie może również posłużyć do przesyłania wiadomości do innych członków zespołu.

Inteligentne tatuaże? Przeczytasz o nich w artykule na stronie firmy Farnell element14

Rozwiązania wirtualnej rzeczywistości

Producenci urządzeń starają się zwykle uczynić je jak najmniej przeszkadzającymi i zmaksymalizować łatwość użytkowania oraz korzyści z nich płynące. Jednakże istnieje inna klasa produktów noszonych na ciele – chodzi o systemy wirtualnej rzeczywistości. Ich celem jest skupienie uwagi użytkownika i zapewnienie mu pełnego zanurzenia w prezentowanym świecie. Głównym rynkiem dla takich systemów są gry, gdyż pozwalają to na odseparowanie człowieka od codzienności i wkraczanie w bardziej ekscytujące światy, opracowane przez projektantów gier.

Źródło tego ładnego obrazka: CB Insights

Jednakże systemy VR, przygotowane na potrzeby gier, są z powodzeniem stosowane w wielu innych aplikacjach. Można je omówić na przykładzie Oculus Rift. Firma oferuje pakiet „Oculus for Business”, który zawiera sprzęt, akcesoria, dodatkowe usługi, rozszerzoną gwarancję i inną licencję. Firma Oculus wierzy, że im bardziej interaktywne będą cyfrowe wrażenia klientów, tym bardziej je zapamiętają i docenią.

Przykładowo Ford Motor Company wykorzystuje wirtualną rzeczywistość w swoim Immersion Lab, starając się zrozumieć, w jakiś sposób klienci korzystają ich samochodów. Używając zestawów Oculus Rift by oglądać wysokiej rozdzielczości wizualizacje wnętrz samochodów oraz pojazdów z zewnątrz. Opracowali także narzędzia w postaci rekwizytów, takich jak latarka, które można wykorzystać w ramach symulacji w wirtualnej rzeczywistości, tworząc wrażenie rozglądania się po samochodzie w ciemności. Wszystko to pozwala Fordowi na przyspieszenie procesu tworzenia produktów bez konieczności czekania na fizyczne prototypy.

Realistyczne możliwości generowania wirtualnej rzeczywistości przez Oculus Rift są również użyteczne w zastosowaniach budowlanych. Zostały one wykorzystane przez firmę Arch Virtual, specjalistów od tworzenia środowiska 3D, specjalnie pod kątem wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości. Opracowali oni wirtualny magazyn, bazując na okularach Oculus Rift. Klientem, dla którego przygotowano system jest firma Wessels, producent zbiorników ciśnieniowych. Wirtualny magazyn (Virtual Warehouse) pozwala prezentować zainteresowanym klientom na targach produkty w sposób taki, jakby stali oni w magazynie producenta. Pozwala to wyeliminować konieczność transportowania zbiorników do pokazu, które czasem mogą mieć wysokość dwóch pięter.

Ty też możesz rozwijać systemy noszone!

Projektanci urządzeń noszonych na ciele mogą rozpocząć prace nad nowym projektem na kilka różnych sposobów. Mogą na przykład kupić zestaw układów scalonych i innych podzespołów oraz zintegrować je w ramach projektu opracowywanego samodzielnie, od zera, albo też nabyć gotowe urządzenie, które mniej więcej pasuje pod kątem sprzętu do tego, czego potrzebują i zaprogramować je, by powstał produkt, który wprowadzą na rynek. Spektrum „mniej lub bardziej kompletnych” platform rozpościera się na szereg zestawów deweloperskich.

Przykładowo MBIT-WEARIT to zestaw deweloperski, który pozwala na prototypowanie urządzeń noszonych, stosowanych do śledzenia uprawiania sportu. Jego obsługa sprowadza się do programowania procesora ARM Cortex-M0, dostępnego w platformie BBC micro:bit. Zestaw zawiera obudowę na micro:bit, dwa paski na nadgarstek, smycz, brelok, kabel i dwie baterie AAA oraz sam komputerek micro:bit. Wspiera możliwość bezprzewodowego wgrywania programu przez Bluetooth Smart.

Z kolei Hexiwear to zestaw deweloperski na potrzeby urządzeń noszonych na ciele. Jest mały, smukły, pobiera mało mocy i zawiera dużo sensorów, które pozwalają mierzyć świat naokoło człowieka. Jest w stanie komunikować się bezprzewodowo i może łączyć zarówno do pobliskich urządzeń, jak i odległych serwerów w chmurze. Hexiwear jest też gotowy do pracy jako kompletne urządzenie, wraz z wyświetlaczem, łącznością BLE, czujnikami, przyciskami i akumulatorem. Jego funkcje można rozszerzyć za pomocą płytek w standardzie „Click”, a programowanie odbywa się za pomocą kompilatora microC PRO dla układów ARM. Dla twórców dostępne jest ponad 500 bibliotek oraz sam kod źródłowy programów dla Hexiwear.

Na stronie z pełną wersją artykułu przeczytać można również o innych przykładach – takich jak:

  • Referencyjna płytka projektowa dla systemu GSR (Galvanic Skin Response)
  • Zestaw ewaluacyjny z pulsoksymetrem MAX30100 i układem scalonym do pomiaru tętna na potrzeby urządzeń noszonych, monitorujących stan zdrowia
  • Płytki ewaluacyjne do bezprzewodowej transmisji energii
  • Płytka deweloperska WARP7 – platforma IoT następnej generacji dla systemów Linux i Android OS
  • Komponent do urządzeń noszonych: RSL10 – SoC Bluetooth 5 o ultra-niskim poborze mocy

Podsumowanie

W artykule pokazaliśmy, jak określenie „urządzenia noszone na ciele” rozszerza się na różne znaczenia, począwszy od inteligentnej odzieży, przez biżuterię, tatuaże, zestawy okularów, a kończąc na bransoletkach i opaskach. Użytkownikami tego typu rozwiązań są zarówno pacjenci, którzy potrzebują dostępu do technologii, by zarządzać swoim stanem zdrowia i informować o nim, jak i osoby, które chcą wydać nieco środków na sprzęt, który polepszy ich życie i sprawność fizyczną. Kolejnym trendem, jak można się spodziewać, będzie wykorzystanie sztucznej inteligencji do analizy danych i wykrywania trendów oraz uczenia się na nich, co związane będzie z rosnącą ilością danych generowanych przez sensory. AI pozwalało będzie tworzyć podsumowania i prezentować informacje w formie, która ułatwiała będzie podejmowanie decyzji przez użytkowników.

Całość artykułu na stronie Farnell element14.

Artykuły opublikowane w ramach cyklu IoT Hub

IoT Hub: Technologie Internetu Rzeczy

Wi-Fi w systemach Internetu Rzeczy

Bluetooth LE i jego wykorzystanie w IoT

ZigBee – otwarty standard sieci mesh

LoRaWAN i SigFox – dwa standardy sieci IoT

Iot Hub: Bezprzewodowe sieci czujnikowe i zasilanie systemów IoT

Internet Rzeczy… bez Internetu, czyli o cyberbezpieczeństwie systemów IoT

IoRT, czyli Internet Rzeczy Robotycznych

Logistyka 4.0, czyli IoT w łańcuchach dostaw

Druga era cyfrowej sprzedaży detalicznej

Wearables, czyli elektronika noszona

Jak usprawnić utrzymanie ruchu korzystając z IoT?

IoT w transporcie