Encendido confiable de un dispositivo médico que funciona con baterías

Los dispositivos conectados de forma inalámbrica que funcionan con baterías son cada vez más comunes en la sociedad actual. Impulsados ​​por los avances en tecnologías inalámbricas y de baterías, junto con componentes electrónicos cada vez más pequeños que consumen menos energía y servicios basados ​​en la nube listos para recopilar, analizar y difundir datos, estos dispositivos se encuentran comúnmente en dispositivos de consumo, médicos y portátiles, así como en en aplicaciones comerciales e industriales.

Ya sea que el dispositivo sea un monitor de glucosa continuo (MCG) portátil, un dispositivo médico ingerible o implantable, un dispositivo doméstico inteligente, un rastreador de activos o un monitor ambiental, todos comparten el requisito común de tamaño pequeño, larga vida útil, confiabilidad y facilidad de uso. usar. Uno de los principales problemas que enfrentan los diseñadores de estos productos es encender el dispositivo cuando sea necesario.

Encender un dispositivo IoT solo cuando es necesario (o mantenerlo apagado antes de implementarlo) es de vital importancia porque los diseñadores quieren usar la batería más pequeña y de menor costo posible. Por esta razón, extender la vida útil de la batería es siempre un objetivo de diseño; El consumo de la batería debe reducirse al mínimo durante el uso, así como antes de que se encienda.

Un ejemplo popular es el MCG recetado a un diabético tipo 1 o tipo 2. Este dispositivo se adhiere al cuerpo del paciente, monitoreando continuamente su nivel de glucosa. Los datos resultantes se transmiten de forma inalámbrica al paciente, el médico y / o la bomba de insulina. Los MCG deben ser muy pequeños, “impermeables” y fáciles de colocar, además de tener una vida útil razonablemente larga antes de que se agoten la energía de la batería.

Hay tres opciones básicas para encender estos dispositivos en el punto de uso o implementación. Para cada una de estas opciones, las variables esenciales a tener en cuenta son el consumo de corriente de la batería, el tamaño, la protección contra ingreso y la facilidad de uso.

Figura 1:El sensor magnético TMR ofrece un consumo de energía casi nulo en un tamaño de paquete ultraminiatura, y su capacidad de "encendido" sin contacto promueve la facilidad de uso.

La primera opción de "encendido" es la electromecánica o el "interruptor" común. Esta opción es el medio para encender la mayoría de los dispositivos electrónicos que funcionan con baterías, como computadoras portátiles y teléfonos. Aunque los interruptores vienen en muchas formas (p. Ej., Botón pulsador, deslizador o palanca), operan con el mismo principio de abrir y cerrar un contacto mecánico para permitir que la corriente fluya (cuando está cerrado) o evitar completamente que fluya (cuando está abierto).

Con respecto a la primera consideración del consumo de corriente , el interruptor electromecánico es altamente eficiente porque es un dispositivo pasivo que no consume energía. Sin embargo, en términos de tamaño, los interruptores mecánicos son una mala opción, especialmente dadas las limitaciones de tamaño de muchos dispositivos médicos portátiles, ingeribles e implantables y otros dispositivos de IoT pequeños.

En términos de protección de ingreso (o la necesidad de tener un dispositivo que sea impermeable al agua y la humedad), los interruptores mecánicos no son la mejor opción, ya que diseñar un interruptor que el usuario pueda mover mecánicamente a posiciones de encendido / apagado manteniendo la impermeabilidad. es un desafío.

Por último, la consideración de la facilidad de uso, o facilidad de uso, califica mal con interruptores mecánicos por dos razones. En primer lugar, debido a que el usuario debe realmente dar este paso (y muchos deben recibir instrucciones para hacerlo), el requisito para muchos dispositivos es "encendido listo para usar", un claro conflicto con los interruptores operados manualmente. En segundo lugar, un interruptor mecánico muy pequeño, necesario para un dispositivo muy pequeño, podría plantear un problema para la capacidad de los usuarios de mover el interruptor a la posición de encendido, reduciendo así la usabilidad. Entonces, en resumen, los interruptores mecánicos obtienen una puntuación alta en términos de consumo de corriente, pero muy baja en relación con la protección de ingreso, el tamaño y la facilidad de uso.

El encendido inalámbrico es la segunda opción a analizar. Debido a que los dispositivos ya tienen capacidades inalámbricas para transmitir datos, los diseñadores podrían utilizar técnicamente esa misma capacidad inalámbrica para encender un dispositivo desde una aplicación de teléfono móvil.

Desde el punto de vista de la protección de ingreso, el encendido de forma inalámbrica tiene una calificación muy alta. Y desde el punto de vista del tamaño, encender de forma inalámbrica también tiene una alta calificación, ya que no hay nada más que agregar al dispositivo para esta funcionalidad.

Sin embargo, desde el punto de vista del consumo de corriente, el encendido inalámbrico tiene una puntuación extremadamente baja porque un receptor inalámbrico dentro del dispositivo debe estar encendido para recibir una señal de encendido. Solo por esta razón, el encendido inalámbrico rara vez se usa para dispositivos que tienen requisitos estrictos de duración de la batería.

Figura 2:Comparaciones de tecnología

La tercera opción es el uso de un sensor magnético dentro del dispositivo para iniciar la función de encendido. En este caso, se aplica un campo magnético al sensor para activar el encendido. El campo magnético generalmente es producido por un imán que se encuentra dentro del empaque del producto o en un componente auxiliar del dispositivo (como un aplicador para un CGM). El campo magnético también puede ser aplicado por el usuario deslizando a través del dispositivo con un imán de mano.

La detección magnética tiene una puntuación muy alta para la protección de ingreso (porque es un método "sin contacto"). La detección magnética también tiene una puntuación muy alta en la facilidad de uso, especialmente cuando el imán se puede incrustar en el empaque del dispositivo (lo que permite el "encendido inmediato") o en un componente auxiliar del dispositivo (por ejemplo, un aplicador ). A veces, el dispositivo en sí está diseñado como dos componentes que deben estar conectados entre sí en el momento de la implementación.

En términos de consumo de corriente y tamaño, la conveniencia de la detección magnética depende completamente de la tecnología de detección magnética. Los tipos de tecnología de detección magnética más antiguos y tradicionales eran de tamaño pequeño pero de alto consumo de energía (efecto Hall) o de tamaño grande con consumo de energía cero (interruptores de lengüeta).

Sin embargo, muchos dispositivos nuevos están diseñados con una nueva tecnología de detección magnética llamada tunelización magnetorresistiva (TMR), que ofrece un tamaño muy pequeño (tan pequeño como un LGA-4) y un consumo de energía extremadamente bajo, similar al interruptor de láminas. De hecho, los sensores magnéticos TMR ofrecen "lo mejor de ambos mundos".

Con la avalancha actual de nuevos dispositivos diseñados para hacer la vida más fácil, más segura, sin contacto y / o operable de forma remota, los diseñadores electrónicos están teniendo que adoptar nuevas tecnologías para mantenerse al día con los requisitos en evolución de los dispositivos portátiles, implantables, ingeribles y que funcionan con baterías. y otros dispositivos de IoT. En términos de mejores capacidades en relación con el tamaño pequeño, menor consumo de energía, protección de ingreso y facilidad de uso, los sensores magnéticos, y la tecnología de sensores TMR, en particular, están ayudando a hacer posibles diseños "imposibles".