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Plataformas que permiten desarrollar wearables con rapidez

La tecnología wearable abre un nuevo camino al desarrollo de los sistemas embebidos, presentando un conjunto de tecnologías muy dispares y facilitando su adquisición a través de nuevas formas. La tecnología wearable permite utilizar nuevos tipos de interfaz de usuario nunca antes utilizados, haciendo que los ordenadores y los componentes electrónicos sean más sensibles al portador proporcionando datos importantes sobre su bienestar general.

El problema para las startups se ha centrado en la dificultad para crear prototipos y suministrar wearables para preseries. La necesidad de integrar componentes electrónicos en la ropa, o en pulseras y cintos impone limitaciones en lo que se refiere a las formas del diseño. Con todo, es posible utilizar los sistemas de desarrollo convencionales aunque, a menudo, resultan muy voluminosos en la utilidad de las preseries. Por ejemplo, un sistema diseñado para el análisis del sueño puede ser en sí mismo incómodo, dando resultados engañosos. Habitualmente las aplicaciones de los wearables necesitan plataformas que combinen procesadores, sensores y comunicación inalámbrica para poder procesar los datos y transmitirlos a un dispositivo, a menudo un smartphone que lleva el usuario o que lo tiene cerca. La conexión inalámbrica permite que un dispositivo capture datos de sensores ubicados en diferentes partes del cuerpo. Los desarrolladores tienen que elegir entre diferentes opciones de conexión inalámbrica, como por ejemplo Bluetooth Smart y 6LowPAN o también entre los estándares IEEE 802.15.4 o IEEE 802.15.4ª, operando en las bandas 2.4GHz, 433MHz o 868MHz. Una ventaja del Bluetooth Smart es que funciona con prácticamente todos los smartphones y tablets. Los recientes cambios del protocolo Bluetooth han mejorado el consumo de la interfaz inalámbrica así como la seguridad de la conexión, dando soporte a las aplicaciones con sensores personales que necesitan privacidad de datos. Aunque parece que prevalece la tecnología Bluetooth como opción adecuada para desarrollar proyectos con wearables, existen alternativas que aportan funciones adicionales. Basándose en la tecnología de banda ultra ancha (UWB), los estándares IEEE 802.15.4a proporcionan no solo comunicaciones para las redes de sensores, tam- bién la posibilidad de lo- calización con alta pre- cisión en interiores. Muchos wearables procesarán los datos fisiológicos registrados por los sensores diseñados para capturar movimientos, la frecuencia cardíaca, la temperatura de la piel y también datos ambientales, como por ejemplo la presión. La fusión de sensores es un aspecto importante en el diseño de wearables y en el desarrollo de software para aumentar la facilidad de uso de los dispositivos al combinar entradas de diferentes sensores. Tal fusión de sensores aumenta la conciencia ambiental de los dispositivos wearables. El movimiento hacia delante, capturado por los acelerómetros y los giroscopios, acompañado de un aumento de frecuencia cardíaca puede indicar que el usuario está corriendo o caminando, todo ello sin necesidad de pulsar botones o indicarlo en una pantalla para decirle al dispositivo en qué modo se debe encontrar. Hay una creciente tendencia hacia los módulos combinados de sensores para ayudar a los desarrolladores a crear soluciones off-the-shelf que antes necesitaban circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC). Un ejemplo es el sensor Osram SFH 7050 BioMon, desarrollado para dar respuesta a la demanda del sector fitness y de los wearables para bienestar, que incluye tres tipos de LED integrados junto a un fotodetector. Los LED del dispositivo han sido elegidos por su idoneidad para la medir diferentes aspectos fisiológicos.

El LED verde se utiliza para medir el pulso en la muñeca, mientras que el rojo funciona mejor para medición del pulso en el dedo y también para medir la saturación de oxígeno en la sangre. Un LED infrarrojo que esté cerca puede actuar como un sensor de proximidad para que software del sistema pueda decidir si iniciar o detener el registro de medidas. La integración de múltiples LED facilita el funcionamiento de la fusión de sensores. Algunos dispositivos fitness del mercado utilizan una combinación de fotodetectores de lectura de diferentes Led para detectar la frecuencia del pulso. Si las lecturas de los diferentes sensores son consistentes dan mayor confianza a los resultados globales. Por ejemplo, además de utilizar el cambio de absorción de la luz verde por la mayor cantidad de sangre debajo de la muñeca, también es posible utilizar infrarrojos. La presión arterial elevada aumenta la presión alrededor del sensor, lo que cambia la cantidad de luz recibida por el sensor óptico. Del mismo modo, en un oxímetro de pulso, el sensor de infrarrojos, junto con el sensor de luz roja, mejora la calidad general de los datos. La sangre desoxigenada tiende hacia el color azul, que preferentemente absorbe la luz roja. La sangre altamente oxigenada no absorbe tanta la luz roja pero tiene tendencia a mostrar más absorción en el espectro infrarrojo. El cruce en las características de absorción actúa así como una confirmación útil de que las mediciones de oxígeno son de alta calidad. El consumo de energía general es importante para determinar el desempeño del sensor de un dispositivo wearable. A menudo hay poco espacio para colocar una batería grande en el cuerpo del dispositivo.

Para mejorar la eficiencia energética, muchos desarrolladores aprovechan las ventajas de los módulos de suspensión disponibles en los microcontroladores de bajo consumo como los basados en la arquitectura ARM Cortex-M o MSP432 de Texas Instruments. A pesar de que al usuario le pueda parecer que los sensores de un wearable están monitorizando continuamente los inputs (movimientos, datos ambientales y datos fisiológicos) esto no significa que sea necesaria una frecuencia de muestreo elevada. Algunos inputs solo necesitan ser muestreados un par de veces por segundo y quizás hasta un centenar en el caso de los muestreos de alta resolución. El tiempo del procesamiento de los inputs, incluso con cálculos de una fusión de sensores, por lo general será corta en comparación con el tiempo entre las muestras, el MCU puede ponerse en modo “sleep” durante largos períodos de tiempo. El bajo ciclo de trabajo ayuda a minimizar el consumo de energía y mejorar la vida útil de la batería. La estética será importante en el caso de los dispositivos finales, por lo que es importante ser capaz de alejarse de las formas rectangulares de las placas embebidas. La placa Arduino Lilypad es un buen ejemplo de esto. La electrónica, compatible con el entorno de desarrollo de Arduino, está montada sobre una PCB redonda que tiene agujeros diseñados para que sea más fácil coser sobre una prenda de vestir.

Otra opción similar es la plataforma Flora de Adafruit Industries, ligeramente más pequeña que la Lilypad, aunque tiene más sensores y funcionalidades integradas de comunicación, al igual que tiene más memoria, pero con menos canales personalizados E/S. Con su diminuto tamaño, el procesador Intel Curie presenta otra opción para diseñar wearables que encaja en muchos tipos de estructuras de los wearables. Poco más grande que el botón d una camisa, el módulo rectangular integra dentro del mismo un procesador completo Intel Quark de 32 bits, un sensor de movimiento de seis ejes, comunicación Bluetooth Smart y una memoria flash de 384KB. Diseñado en colaboración de Intel, la placa de aprendizaje y desarrollo Genuino 101 ofrece el desempeño y el bajo consumo de Intel Curie con la simplicidad de Arduino a un precio accesible. La llegada de la impresión 3D puede ayudar aún más al diseño y a la creación de prototipos y preseries de poco volumen. El uso de software libre como DesignSpark Mechanical, permite diseñar y fabricar con rapidez shells para placas como LilyPad, de tal manera que los componentes electrónicos y los sensores estén protegidos mientras la pieza se va desgastando. Otros sistemas de creación de prototipos para wearables pretenden estar más cerca de las aplicaciones finales. Por ejemplo, el reloj para desarrolladores TI Chronos ofrece una plataforma basada en el microcontrolador MSP430 con un display listo para utilizar, pero que puede desmontarse para sustituir con aplicaciones personalizadas.

La unidad de núcleo incluye un sensor de presión y un acelerómetro para detección del movimiento, así como un transceptor inalámbrico para transmitir datos a un hub inteligente. Combinando dispositivos off-theshelf, con el fácil acceso a la tecnología de impresión 3D y a una creciente variedad de sensores, el desarrollo y la creación de prototipos para wearables ahora es más sencillo que nunca. La tendencia indica que habrá nuevos dispositivos que hasta ahora nunca se han lanzado al mercado.  

www.rs-components.com



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