Wearables en evolución.

Tendencia

El auge de los dispositivos ponibles

Los dispositivos ponibles han evolucionado de dispositivos que salvan vidas a accesorios de moda. Estos productos pueden ir desde pulseras que monitorizan la actividad hasta gafas inteligentes e incluso zapatos con GPS: todos ellos tienen ahora una creciente demanda en el mercado.

Los dispositivos ponibles se han utilizado durante décadas como los audífonos, marcapasos y otros dispositivos médicos que son comunes en la sociedad actual. De hecho, el diseño original de muchos productos electrónicos de consumo, como los teléfonos celulares, que a menudo se usan como reproductores de música portátiles, no se diseñó inicialmente como tal, sino que se ha adaptado en función de las necesidades de los consumidores en cuanto a características y funcionalidad para la conectividad sobre la marcha. Los dispositivos ponibles han evolucionado de dispositivos que salvan vidas a accesorios de moda y van desde pulseras que monitorizan la actividad, relojes inteligentes y gafas inteligentes hasta zapatos con GPS: todos ellos tienen ahora una creciente demanda en el mercado. Aunque la aparición de los dispositivos ponibles electrónicos se deriva principalmente de la demanda de los consumidores, hay una variedad de aplicaciones ponibles.

Usos:

  • Infoentretenimiento: se utiliza para informar y entretener, incluyendo música, fotos, videos, direcciones y correo electrónico.
  • Seguimiento de actividades: se utiliza para monitorear actividades y funciones como caminar, dormir, frecuencia cardíaca y consumo de alimentos con el fin de proporcionar a los consumidores individuales una retroalimentación inmediata y vital sobre la cual pueden tomar medidas modificando su comportamiento.
  • Monitoreo de salud: se utiliza para monitorear una condición diagnosticada y para apoyar el diagnóstico, aunque los requisitos reglamentarios y la preocupación por la privacidad exigen un largo período de desarrollo y pruebas para dicha tecnología.
  • Industrial y empresarial: se centra en terminales de muñeca para proporcionar datos en tiempo real, incluida la supervisión de los procesos de fábrica y la actualización del stock de la bodega. Se espera que las gafas y bandas inteligentes reciban una rápida adopción para los trabajadores remotos y "sin escritorio" en el segmento industrial.
  • Sistemas soldados: integran redes personales, sensores, comunicaciones externas y la potencia para gestionar estos sistemas. Uno de los objetivos es vincular a los soldados en un campo de batalla más grande, con conectores y subsistemas de conexión de cables que deben ser de alto rendimiento, duraderos y resistentes, pero livianos para los soldados que van a pie.
Bandas fitness
Bandas fitness
Gafas inteligentes
Gafas inteligentes
Ropa inteligente
Ropa inteligente
Médico
Médico

Un dispositivo wearable se puede definir como uno que tiene inteligencia y es capaz de tomar entrada, procesar esa entrada y proporcionar una salida significativa. Por ejemplo, una función de una pulsera de actividad es tomar datos sin procesar de un sensor, procesarlos y generar un informe sobre el número de pasos dados durante un período determinado. Los sensores rastrean el movimiento con suficiente inteligencia para distinguir entre pasos y otros movimientos.

Sensores:

Wearables

Los sensores son una parte importante de los dispositivos ponibles y continúan haciéndose más pequeños y sofisticados. Si bien hay muchos tipos de sensores que se pueden usar, el más común es una unidad de medición inercial, generalmente un acelerómetro. Un acelerómetro puede rastrear un movimiento específico, su dirección y su intensidad o velocidad. Un ejemplo simple de un acelerómetro es cuando se gira un teléfono celular o tableta (la entrada) y el dispositivo procesa el movimiento y gira la pantalla en consecuencia (la salida).
Otros sensores comunes, como la presión, la temperatura, la posición y la humedad, admiten aplicaciones como brújulas, GPS y giroscopios para detectar movimiento. Los sensores utilizados en aplicaciones médicas se pueden usar para medir y monitorear el flujo sanguíneo, el pulso, la presión arterial, los niveles de oxígeno en la sangre, el movimiento muscular, la grasa y el peso corporal. Los dispositivos ponibles más exitosos son aquellos que utilizan algoritmos para procesar datos crudos y detectados convertirlos en información procesable y significativa para el usuario.

Comunicaciones:

Entrada/Salida

Los dispositivos ponibles deben ser capaces de comunicarse con el mundo exterior. Si bien la conectividad inalámbrica a través de radio de corto alcance u otros protocolos inalámbricos es popular, la conectividad por cable a través de un puerto USB es comúnmente requerida.

Potencia:

Métodos de carga

Muchos dispositivos ponibles tienen una pantalla de video o una pantalla táctil para la interacción con el usuario. Un desafío importante para pantallas tan pequeñas es la facilidad de uso. Incluso una pantalla de alta resolución en un reloj inteligente no ofrece mucho espacio. Mantener la usabilidad requiere el equilibrio adecuado entre cuánto puede caber en la pantalla en comparación con qué tan legible es la información resultante. La gestión del consumo de energía de estas pantallas es un motivador importante para los principales fabricantes de dispositivos ponibles. Hacen un amplio uso de alternativas de baja potencia como la tinta electrónica o el papel electrónico en lugar de pantallas LCD u OLED a todo color. Al igual que con cualquier dispositivo electrónico, los dispositivos ponibles necesitan baterías recargables u otros métodos de carga. Esto suele requerir un puerto de alimentación conectada para recargar las baterías. La transmisión inalámbrica de energía está emergiendo como una característica clave para integrarse en nuevos dispositivos ponibles y presenta la necesidad de impermeabilización. 

Tratamiento:

Actualizaciones

Otro sello distintivo común de los dispositivos ponibles es la capacidad de ejecutar una variedad de aplicaciones mientras se actualiza o cambia una aplicación. Un reloj inteligente, por ejemplo, es similar a un teléfono celular. Es una computadora que permite al usuario realizar una variedad de tareas mientras se conecta de forma independiente a Internet para actualizaciones y descargas críticas de aplicaciones.

Los dispositivos ponibles son un subconjunto del Internet de las cosas (IoT).  El Internet de las cosas es la migración de Internet más allá de las personas. Un ejemplo es el uso de un teléfono inteligente o un reloj para desbloquear de forma remota una casa, controlar el termostato y armar o desarmar un sistema de seguridad, desde cualquier parte del mundo.
El Internet de las cosas también puede funcionar sin intervención humana. Un reloj inteligente se puede preprogramar para aumentar el calor en las mañanas frías y bajar el calor por la noche, o verificar el pronóstico y luego ajustar las temperaturas de la casa en función de esa información.

Protocolo de Internet en todas partes:

La clave del Internet de las cosas

El factor clave en el Internet de las cosas es el uso del Protocolo de Internet (IP). IP es un protocolo de comunicaciones utilizado por Ethernet e Internet para controlar el flujo de información. Cada dispositivo conectado tiene una dirección IP, lo que le da la capacidad de comunicarse con cualquier otro dispositivo IP. Los firewalls, contraseñas y otras medidas de seguridad controlan qué dispositivos se comunican entre sí. Los dispositivos ponibles, en virtud de una dirección IP, se unen al Internet de las cosas.
Una ventaja de ser parte del Internet de las cosas es que los dispositivos ponibles no tienen que existir como dispositivos independientes. Los datos de actividad de un brazalete fitness se pueden descargar a una aplicación en una computadora, que puede proporcionar un análisis detallado de las tendencias a lo largo del tiempo para realizar un seguimiento del progreso. El reproductor de música de un reloj puede recuperar canciones mediante la computación en la nube. El resultado final es que las personas de todo el mundo pueden interactuar con cosas (televisores, hogares, automóviles, electrodomésticos y dispositivos que salvan vidas) como resultado de un dispositivo pequeño, que se mantiene cerca o sobre nuestros cuerpos, simplemente profundizando en el mundo de los dispositivos ponibles y el Internet de las cosas.

Los dispositivos ponibles están habilitados por la miniaturización e integración de componentes,  que permite empaquetar potentes funciones en un espacio muy pequeño. Los sensores, chips de computadora, cámaras, altavoces y otros componentes continúan haciéndose más pequeños mientras se vuelven más capaces.

Desafíos del embalaje:

Wearables

Empaquetar estos componentes en el factor de forma correcto y el nivel de fabricación es un desafío. Como líder en conectividad, TE trabaja en estrecha colaboración con diseñadores y fabricantes de dispositivos ponibles. La Figura 2 muestra las soluciones de conectores típicas para un reloj inteligente. La característica clave para la mayoría de estos, así como para otros componentes, es un perfil bajo con una huella pequeña. El perfil bajo es especialmente importante para permitir que el dispositivo en sí adopte un diseño delgado. 

Figura 2: Soluciones de conectores para relojes inteligentes

Figura 2: Soluciones de conectores para relojes inteligentes

Integración de piezas:

Dispositivos de interconexión moldeados

Con los bienes raíces en alza, la integración de piezas no solo simplifica el sistema, sino que utiliza el espacio disponible para obtener la máxima eficiencia. Las antenas se pueden incrustar directamente en la carcasa, como se muestra en la Figura 3 para un teléfono celular. Tales dispositivos de interconexión moldeados (MID) y tecnologías de antena emergentes permiten que los rastros de circuitos, los planos de tierra y el apantallamiento se integren en la parte moldeada. El sustrato puede ser un plástico de ingeniería o un compuesto. Los compuestos se vuelven cada vez más atractivos en su capacidad para aumentar la resistencia del material y pueden moldearse y metalizarse de manera rentable.

Figura 3: Las antenas y otros elementos del circuito se pueden incrustar en sustratos plásticos.
Figura 3: Las antenas y otros elementos del circuito se pueden incrustar en sustratos plásticos.

Muchos sistemas portátiles están diseñados para su uso en los deportes y otras actividades resistentes. La resistencia como concepto es relativa y solo se puede definir en términos de la aplicación. Los requisitos de resistencia para un monitor cardíaco son diferentes de los de un monitor de actividad usado por un ciclista. Los dispositivos ponibles soldado operan en un nivel completamente diferente de resistencia, lo que requiere rangos de temperatura más amplios, una mejor resistencia a los golpes y vibraciones y resistencia a productos químicos o solventes que arruinarían un dispositivo de consumo.
Hacer que los dispositivos ponibles sean más resistentes a los peligros ambientales hará que los dispositivos sean más confiables y fáciles de usar. Puedes lograr cierto grado de impermeabilización utilizando un puerto USB a prueba de salpicaduras y una cubierta de goma, pero esto no hace que el dispositivo sea impermeable. Los diseñadores están buscando cerrar aberturas en los dispositivos para lograr el sellado IP67/68 para un diseño impermeable. La protección de entrada (IP) se utiliza para especificar la protección ambiental de los gabinetes alrededor de los equipos electrónicos. La impermeabilización no solo produce un diseño más resistente, sino que también promueve un uso más fácil. Algunos enfoques, como la transmisión inalámbrica de energía, están surgiendo en el mercado.

Figura 4: Cable conectado magnéticamente
Figura 4: Cable conectado magnéticamente

Cable conectado magnéticamente: Los conectores USB y similares utilizan un ajuste de fricción para mantener los conectores acoplados. Un enfoque alternativo, que se muestra en la Figura 4, utiliza imanes para mantener el conector en su lugar con contactos accionados por resorte en el lado del cable. Los contactos e imanes del lado del dispositivo se pueden sellar para evitar que los líquidos y la humedad entren en el dispositivo. A diferencia de acoplar conectores micro USB, los imanes ayudan a tirar del cable en la posición adecuada.

Conexiones de datos sin contacto:  Utilice accesorios magnéticos y transceptores tanto en el dispositivo como en el conjunto del cable para crear una conexión inalámbrica. Este enfoque puede admitir protocolos de E/S de alta velocidad como USB 2.0 y 3.0. La corta distancia entre transceptores proporciona una conexión de bajo consumo.

Carga inalámbrica:  Las baterías se pueden cargar sin una conexión eléctrica directa. La carga inalámbrica, o carga inductiva, utiliza bobinas de inducción en la unidad de carga y electrónica para cargar el dispositivo. El campo electromagnético creado por la bobina de carga permite que la energía se transfiera a la bobina receptora, actuando como un transformador. Las ventajas de la carga inalámbrica incluyen:

  • Mayor durabilidad: sin desgaste de los conectores
  • Mayor fiabilidad: ningún puerto de conector que proporcione entrada a contaminantes
  • Uso más fácil: sin conectores pequeños para acoplar
  • Libertad de diseño: los diseñadores industriales son libres de crear formas nuevas e inusuales para dispositivos
  • Vida útil más larga: la construcción de transmisores de potencia en objetos comunes significa que los dispositivos se cargan continuamente

Inconvenientes:

Carga inalámbrica:

Los inconvenientes de la carga inalámbrica incluyen una menor eficiencia, una mayor generación de calor y una carga más lenta. Cada uno de estos problemas está relacionado y se mejorará con nuevas estructuras de bobina y frecuencias de acoplamiento más altas. La mayoría de los dispositivos portátiles son de muy baja potencia, lo que significa que el impacto de estos inconvenientes puede ser mínimo.

Otra tendencia en dispositivos ponibles es integrar sensores y electrónica en textiles, desde ropa deportiva especializada hasta ropa de uso diario. El desafío es crear ropa electrónica que se pueda usar como cualquier otra ropa, siendo cómoda, flexible y lavable. Las interconexiones y la electrónica deben ser discretas y resistentes. Esto requiere:

  • Terminaciones fiables, aisladas, resistentes e impermeables
  • Soluciones flexibles de antenas y transceptores basados en prendas de vestir
  • Alambre aislado de conductor elástico
  • Baterías pequeñas y secables
  • PCB/FPC resistentes al remache y engarce

Mercado de dispositivos ponibles:

El desafío del mercado de los dispositivos ponibles es crear dispositivos que puedan ofrecer datos útiles que mejoren nuestras vidas. Ya sea que se usen en la muñeca, la cabeza o el pie, los dispositivos ponibles deben estar de moda, ser resistentes y se deben recargar fácilmente.