Sensory w sam raz dla aplikacji medycznych i fitness

Można stroić żarty z inteligentnych skarpetek (bo też i sformułowanie, przyznajmy szczerze, nie brzmi najszczęśliwiej), ale takie rozwiązania mogą naprawdę przyczynić się do poprawy zdrowia. Wystarczy wyobrazić sobie sytuację, gdy elektronika wbudowana w skarpetki zmierzy siły działające na stopę, gdy ta ląduje na podłożu. Może się wówczas okazać, że taka inteligentna skarpetka przyczyni się do rozwiązania chronicznego problemu z kręgosłupem, znajdując bezpośrednią przyczynę bólu, wynikającą z nieprawidłowego stawiania stóp. Oczywiście specjalna aplikacja na smartfonie w czasie rzeczywistym każe nam odpowiednio zmodyfikować sposób chodzenia czy biegania. To tylko jeden przykład tego, co mogą zdziałać niewielkie czujniki w sferze medycznej i fitness. W starzejących się społeczeństwach będzie też rosło zapotrzebowanie na przenośne systemy monitorujące parametry życiowe człowieka, takie jak temperatura czy puls. Kolejny pomysł to urządzenia dawkujące lekarstwa odpowiednio do potrzeb – np. insuliny, po zmierzeniu poziomu cukru we krwi. Eksperci Digi-Key wzięli pod lupę wszelkie rodzaje sensorów do zastosowań medycznych lub fitness, które już teraz lub za chwilę będą do dyspozycji deweloperów. Rys. 1: Elastyczne sensory, które mogą zmieniać kształt, takie jak ten czunik piezo można umieścić wewnątrz butów czy ubrań, by zmierzyć obciążenia stawów i kręgosłupa. Najprostszy rodzaj czujnika to przetwornik, w którym w najmniej skomplikowanym przypadku wystarczy styczność dwóch różnych materiałów. Rzeczywisty element czujnika może być wyprodukowany jako malutki komponent ołowiowy, jako część sondy lub elektrody. Może to być drucik grubości włosa i może generować napięcie. Przykładem takiego sensora wytwarzającego napięcie w wyniku różnicy temperatur, zbudowanego z różnych metali jest termopara. Niektóre czujniki tego typu można umieścić bezpośrednio na skórze człowieka. Kolejna kategoria to czujniki piezoelektryczne, w których niewielki wbudowany komponent wytwarza napięcie pod wpływem uderzenia lub wibracji. Małe, nieinwazyjne sensory mogą wskazywać na zbytni wysiłek fizyczny sportowca, zanim jeszcze dojdzie do jakiegokolwiek urazu. Miniaturyzacja takich sensorów oznacza, że można je zintegrować z materiałem, bandażem czy po prostu ubraniem. Przykładem może być czujnik w postaci arkusza firmy TE Connectivity (2-1004347-0), który można dowolnie zginać i przycinać, w zależności od potrzeb. I znowu, wracając do stóp, taki czujnik umieszczony w bucie pomoże zdiagnozować problemy z kręgosłupem lub stawami. Przetworniki nadają się do mierzenia parametrów, ale muszą być odpowiednio skalibrowane, trzeba też pamiętać o kompensacji dryftu i efektów temperaturowych. Dlatego aby otrzymać samodzielny system monitorowania i raportowania, niezbędne jest połączenie prostych przetworników z miniaturową inteligentną elektroniką, która odpowiednio przetworzy zebrane dane. Badacze i producenci koncentrują się na elektronice do noszenia do zastosowań medycznych i fitness przeznaczonych dla masowego odbiorcy. Nad takimi projektami pracują m.in. naukowcy z University of Illinois, którzy opracowują urządzenie służące do testów wysiłkowych, pomiarów rytmu serca czy temperatury skóry oraz sygnałów EEG/EKG. Przypominają jednorazowy plaster, który można bez problemu przykleić do skóry, a zamontowane sensory za pośrednictwem sieci bezprzewodowej przesyłają zebrane dane do routera lub innego centrum zarządzania danymi. Naturalnie przetwarzanie informacji może się już odbywać w chmurze, przyda się również aplikacja na smartfona. Właśnie dzięki integracji sensorów z systemem elektronicznym otrzymujemy niewielkie urządzenia, które można także zintegrować z ubraniami. Pomiar parametrów świadczących o naszej kondycji fizycznej nie wymaga zatem nie tylko medycznej ingerencji, ale niepotrzebny jest nawet sprzęt medyczny w postaci niewygodnego pudełka. Czujnik staje się jeszcze mniej zauważalny, gdy umieścimy go w zębie. Naukowcy z Tajwanu skonstruowali czujnik, który można zamontować w plombie. Urządzenie monitoruje to co jemy, pijemy, zbiera też informacje na temat naszego kaszlu, mowy, czy wreszcie potrafi wykryć brak oddechu, a zebrane dane przesyła przy pomocy Bluetootha. Czujnik umieszczony w zębie wykrywa aktywność chemiczną lub fizyczną i przesyła powiadomienie np. o paleniu, piciu alkoholu lub braku oddechu. Zęby wzbudzają zresztą spore zainteresowanie inżynierów, a to dlatego, że energię powstałą podczas gryzienia można wykorzystać do zasilania czujników. Poszukiwanie źródeł mocy nie ogranicza się jednak do jamy ustnej, naukowcy z University of Illinois opracowali system pobierania i przechowywania energii pochodzącej z bicia serca. Takie rozwiązanie byłoby prawdziwym zbawieniem dla osób z wszczepionym rozrusznikiem serca – wymiana baterii oznacza operację wymagającą otwarcia klatki piersiowej. Zasilanie dzięki naturalnemu ruchowi klatki piersiowej wyeliminowałoby tę konieczność. Rodzaj plastra pozyskującego energię z naturalnego ruchu organów wewnętrznych, widoczny na rysunku, można umieszczać na sercu lub płucach. Co najważniejsze, systemy oparte o różnorodne sensory umożliwiają nie tylko prosty pomiar parametrów życiowych człowieka. Dzięki inteligentnej analizie zebranych danych mogą szybko zaalarmować w niepokojącej sytuacji. Przykładem jest Cyfrowy Asystent Zdrowia opracowany w Anglii. System wykrywa zmiany diety, aktywności, nawyków, rytmu serca, nastroju, itp., i w uzasadnionych przypadkach wysyła ostrzeżenie, że z człowiekiem dzieje się coś niedobrego. Być może jeszcze zanim sami to zauważymy. Pozostaje mieć nadzieję, że w następnej kolejności pojawią się systemy elektroniczne, które od razu postawią diagnozę i zastosują odpowiednią terapię. © DIGI-KEY ELECTRONICS GERMANY GMBH Theresienhoehe 11a 80339, Muenchen