Dal 2010 circa, una nuova classe di dispositivi si sta affermando su larga scala: i cosiddetti “wearable” sono piccoli dispositivi elettronici in grado di misurare dati fisici, fisiologici e ambientali grazie a sensori integrati. Nei Paesi altamente sviluppati, la percentuale di utenti si aggira già intorno al 20-25% e sta aumentando. I dispositivi indossabili, o wearable, sono diversi e innovativi: oltre ai fitness tracker e agli smartwatch, ampiamente diffusi, esistono anche indumenti intelligenti (e-textile) e dispositivi indossabili medici in senso stretto. Ne fanno parte anche gadget sotto forma di occhiali smart, anelli, collane, guanti e scarpe.
I campi di applicazione sono altrettanto ampi: dal monitoraggio della salute (ad es. frequenza cardiaca, ECG, monitoraggio del sonno) allo sport e al fitness (contapassi, consumo di calorie, saturazione di ossigeno nel sangue, ecc.) fino alle applicazioni speciali nell'industria (esoscheletri, misurazione del carico), nella medicina (cerotti con sensori, inalatori intelligenti, ecc.) e nell'esercito (monitoraggio dei parametri vitali per i soldati).
Qual è la tecnologia alla base dei dispositivi indossabili?
Ogni dispositivo indossabile contiene vari sensori per il rilevamento del movimento. I sensori di accelerazione registrano i movimenti sui tre assi spaziali; i giroscopi misurano i movimenti di rotazione; GPS, GNSS e altimetri barometrici raccolgono dati sulla posizione nello spazio (tridimensionale). Questi sensori fisici includono anche sensori di temperatura e UV, che forniscono ulteriori dati ambientali.
Sono inoltre necessarie speciali tecnologie di sensori per misurare dati fisiologici come la frequenza cardiaca, il consumo di calorie o alcune attività cerebrali. I cosiddetti sensori PPG (fotopletismografia) funzionano con i LED presenti sul dispositivo indossabile, che inviano la luce attraverso la pelle e possono determinare il battito in base al riflesso. Il pulsossimetro funziona in modo simile: la saturazione di ossigeno nel sangue può essere determinata in base alle lunghezze d'onda della luce riflessa. I sensori di bioimpedenziometria indossabili che forniscono informazioni sulla composizione corporea (grasso, acqua, muscoli ecc.) sono ancora in fase di sviluppo. A causa dei segnali ad alta frequenza, i requisiti energetici di questi sensori sono più elevati, il che pone delle sfide quando li si integra in un dispositivo indossabile.
I dispositivi indossabili sono spesso utilizzati insieme a uno smartphone (“companion”), ma possono anche essere utilizzati in modo indipendente. In ogni caso, sono necessarie speciali tecnologie di connessione per consentire la trasmissione dei dati ad altri sistemi. Il Bluetooth Low Energy (BLE), che ha dimostrato di essere una tecnologia a risparmio energetico ed efficiente in termini di costi per distanze fino a circa dieci metri, svolge un ruolo particolare in questo caso. Tuttavia, anche WLAN, NFC e Zigbee sono utilizzati per il collegamento in rete dei dispositivi indossabili.
Quali sono le sfide nella produzione e nell'utilizzo?
I dispositivi indossabili favoriscono la miniaturizzazione di sensori e circuiti, che in molti casi è stata resa possibile proprio grazie a questi dispositivi. Molto avviene nell'arco di pochi millimetri - ad esempio, esistono già anelli che promettono di fornire un quadro completo della salute di chi li indossa - e richiede competenze adeguate sia nella produzione che nei test. I percorsi conduttivi flessibili, che richiedono competenze specifiche, sono spesso utilizzati, ad esempio negli indumenti intelligenti. Passi molto piccoli e substrati flessibili ed elastici richiedono tecnologie di test innovative e avanzate. Anche i test di trasmissione di segnali ad alta frequenza e i test funzionali in condizioni reali sul corpo (movimento, calore, effetti elettrochimici indesiderati, ecc.) possono essere impegnativi. In considerazione della crescente domanda di grandi quantità e della contemporanea necessità di ridurre i costi di produzione, si rende sempre più necessario un metodo di produzione parzialmente o completamente automatizzato. In qualità di partner per la tecnologia del futuro, INGUN lavora costantemente all'ulteriore sviluppo di dispositivi di prova e tecnologie di test per consentire test automatizzati, senza contatto e ibridi anche per i dispositivi indossabili.
L'alimentazione dei dispositivi indossabili rappresenta una sfida nell’ambito del loro funzionamento. Per registrare continuamente dati in tempo reale, sono necessari una lunga durata della batteria e un basso consumo energetico, mentre lo spazio disponibile per l'integrazione della batteria è fortemente limitato. I metodi di raccolta dell'energia (“energy harvesting”) possono aiutare in questo senso: i nanogeneratori integrati nei dispositivi indossabili generano elettricità dall'ambiente o dalla vicinanza al corpo umano. Queste tecnologie sono ancora in fase di sviluppo e vanno dal microfotovoltaico e dalle celle a biocombustibile (ad esempio, la generazione di energia dal sudore) alla generazione di energia dal movimento e dal tatto (piezoelettrica o triboelettrica); è in fase di ricerca anche lo sfruttamento dell'umidità (effetto idroelettrico).
Anche la sicurezza dei dati è un aspetto critico. I dispositivi indossabili raccolgono dati sensibili relativi al corpo che non dovrebbero cadere nelle mani sbagliate o essere resi pubblici. Come avverte, tra gli altri, l'Ufficio federale tedesco per la sicurezza informatica (BSI), il furto di identità o di dati può comportare danni economici e di immagine. In campo medico, esiste anche il rischio di manipolazione dei dati visualizzati sul dispositivo indossabile, con conseguenti gravi rischi per la salute, ad esempio in caso di automedicazione. Il BSI consiglia quindi di prestare attenzione alla sicurezza dell'hardware e del software dei dispositivi indossabili e di considerare consapevolmente i rischi per la sicurezza quando li si utilizza (ad esempio quando si collegano in rete con altri dispositivi).
Dispositivi indossabili e IA: una simbiosi "naturale"?
La combinazione dei dispositivi indossabili con l'intelligenza artificiale è ovvia ed è già in pieno svolgimento. Molti produttori stanno integrando gli algoritmi nei loro dispositivi, trasformando il braccialetto fitness in un “personal coach” e lo smartwatch in un “life coach”. Se un numero sempre maggiore di dati derivanti dei sensori viene riunito e analizzato in modo completo dall'intelligenza artificiale, si otterranno raccomandazioni pratiche sempre più specifiche e personalizzate per l'utente, e presto l’IA lo conoscerà meglio di quanto non conosca se stesso. Una speranza, ad esempio, è che i dispositivi indossabili diventino più interessanti per le donne grazie all'intelligenza artificiale, in quanto tali dispositivi potranno comprendere meglio e tenere conto delle caratteristiche e necessità fisiologiche femminili.
D'altra parte, gli aspetti della sicurezza dei dati e della validità dei dispositivi indossabili descritti in precedenza diventano ancora più importanti: cosa succede se l’IA "mente" o "sbaglia"? Più l'intelligenza artificiale conosce l'utente, maggiore è la minaccia di furto di dati. E più l'utente si affida alla "sua" IA, più gravi diventano i rischi per la consulenza e la salute in caso di manipolazione o guasto tecnico. Tuttavia, le potenziali sinergie tra i dispositivi indossabili e l'intelligenza artificiale sono così evidenti che la tendenza alla loro fusione sarà inarrestabile.
I dispositivi indossabili saranno presto
comuni come gli smartphone?
Molti elementi suggeriscono che i dispositivi indossabili continueranno a guadagnare quote di mercato: i dispositivi si stanno evolvendo, diventando sempre più accessibili e funzionali. La durata delle batterie viene prolungata e le tecnologie di raccolta dell'energia aprono la prospettiva di un utilizzo ininterrotto. La combinazione con l'intelligenza artificiale rende i dispositivi indossabili attraenti anche per le persone meno esperte di tecnologia: non sono più solo un gadget, ma una controparte benintenzionata e molto ben informata per l'utente e, nel caso del monitoraggio della salute, sono paragonabili a un primario o a un professore che porto sempre con me.
I dispositivi indossabili continueranno a svilupparsi in modo trasversale e copriranno sempre più applicazioni speciali, non solo nella vita privata, ma anche nell'industria, nella sanità e in altri settori non ancora completamente esplorati. Tuttavia, con l'aumentare della gamma di servizi offerti dai dispositivi indossabili, aumenta anche il rischio di abuso. Inoltre, più i dispositivi si sviluppano dal punto di vista dell’hardware, più diventa difficile testare in modo affidabile l'elettronica integrata. Con tecnologie di contatto innovative, come lo SleeveProbe™, INGUN dimostra sempre di più come sia possibile soddisfare in modo efficiente i requisiti di prova speciali. In qualità di partner per la tecnologia del futuro, INGUN è pronta a sostenere l'evoluzione dinamica dei dispositivi indossabili con una tecnologia di prova all'avanguardia.