Dispositivi indossabili location-aware

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Secondo Juniper Research, entro il 2018 i fitness tracker in uso saranno circa 60 milioni, più del triplo di quelli venduti nel 2014. E se le previsioni della società di analisi Ccs Insight si riveleranno esatte, il mercato globale dei dispositivi indossabili raggiungerà i 172 milioni di unità entro il 2018, più di un terzo delle quali saranno fitness tracker. Alcuni esempi ben noti, come Fitbit e MiBand di Xiaomi sono dispositivi intelligenti per misurare la frequenza cardiaca e i livelli di attività, i quali talvolta forniscono anche stime ragionevoli sulla quantità di calorie bruciate. I media hanno dedicato molta attenzione a questi braccialetti, ma stanno emergendo altri dispositivi indossabili più complessi che raccolgono e trasmettono i dati di svariati sensori biometrici. Questa generazione relativamente nuova di dispositivi non si limita ad aiutare le persone a determinare il livello di attività e lo stato di forma, consentendo inoltre di condividere queste informazioni con gli amici tramite una combinazione di app per cellulare e servizi cloud, ma viene attualmente utilizzata nel settore sanitario per migliorare la qualità della vita e talvolta persino l'attesa di vita dei pazienti. Non si tratta solo di migliorare le cure. Investire nella sanità mobile, la cosiddetta mHealth, può rivelarsi molto redditizio. Sempre secondo Juniper, tra il 2013 e 2018, il monitoraggio remoto dei pazienti consentirà un risparmio complessivo di 38 miliardi di dollari, con un taglio del 25% del numero di posti letto e una riduzione del 20% dei ricoveri ospedalieri. Un rapporto del 2013 della società di consulenza Pwc commissionato dalla Gsma, che rappresenta gli interessi degli operatori di radiofonia mobile di tutto il mondo, è ancora più ottimista sui risparmi. Grazie alla mHealth, sostiene la Pwc, i costi sanitari per la cura delle patologie croniche in Europa potrebbero ridursi del 30-35%, consentendo di curare più efficacemente 185 milioni di pazienti. Nel complesso, la riduzione dei costi ammonterebbe a 100 milioni di Euro, con un apporto di 93 miliardi di euro al prodotto interno lordo. Non sono solo le economie sviluppate a potersi giovare dei vantaggi di questa tecnologia. In un altro dei suoi autorevoli studi, la Gsma sostiene che la mHealth potrebbe aiutare a salvare 200.000 vite all'anno nell'Africa sub-sahariana, dove la tecnologia potrebbe essere utilizzata per la lotta contro la malaria, la tubercolosi, le patologie perinatali e l'Aids/Hiv, che causano complessivamente 3 milioni di morti all'anno. In un rapporto del 2014, Pwc sottolinea come la consapevolezza della tecnologia mHealth sia molto maggiore nei mercati emergenti (61%) che in quelli sviluppati (37%).


Che cosa si può misurare?
Benché la presenza, o l'assenza, del battito cardiaco sia il segno vitale più elementare nell'uomo, è oggi possibile utilizzare sensori sofisticati per acquisire molti altri tipi di dati fisiologici, compreso il battito cardiaco e i relativi schemi, la frequenza respiratoria, la pressione sanguigna, i livelli di ossigeno nel sangue e altro ancora. I dispositivi indossabili possono essere anche collegati a sensori impiantati nel corpo umano. Il settore sanitario si sta muovendo verso la creazione di reti wireless di sensori corporei, o reti ad area corporea o Wban (Wireless Body Area Network). Per i medici, può anche essere utile accedere ai dati sulla posizione fisica dei pazienti e sulla loro mobilità, nonché determinare se sono vittime di incidenti. Questi dati possono essere forniti da sistemi wireless proprietari all'interno dell'ambiente ospedaliero, da reti Wi-Fi o radio cellulari, da sistemi di tracciamento satellitare o da una combinazione di tutte queste tecnologie. Gli accelerometri 3D consentono di determinare se un paziente compie un movimento improvviso e inatteso, che potrebbe essere causato da un incidente. I dispositivi indossabili mHealth, che saranno disponibili in varie forme e dimensioni, potranno essere utilizzati come apparecchi autonomi per ricordare semplicemente ai pazienti di compiere un'azione, ad esempio prendere un farmaco o rinnovare una ricetta. Tuttavia, la grande maggioranza dovrà essere collegata a un'applicazione che analizzi e comunichi i dati dei sensori. Le applicazioni potranno essere sugli smartphone dei pazienti, ma i principali vantaggi della mHealth si avranno con il trasferimento dei dati tramite Internet verso servizi cloud accessibili al personale medico. L'aggregazione dei dati relativi a migliaia o persino milioni di pazienti sarà un nuovo prezioso strumento a disposizione dei ricercatori. Ad esempio, la società iRhythm, con sede negli Stati Uniti, ha sviluppato una soluzione per rilevare, classificare e diagnosticare le aritmie o le irregolarità nel battito cardiaco. Grazie ai sensori fissati con del nastro al petto dei pazienti e ai dati inviati tramite smartphone o a un sito Web dedicato, la società ha raccolto più di 51 milioni di ore di battiti cardiaci dalle registrazioni Ecg e sta utilizzando questi dati per approfondire la conoscenza delle aritmie e affinare i suoi algoritmi di analisi.

Il ruolo delle tecnologie location-aware nella mHealth
Il rilevamento della posizione fisica aggiunge una nuova dimensione ai dati dei sensori fisiologici. Se un operatore sanitario si avvede che un paziente è in difficoltà o in pericolo, l'esatta conoscenza della sua posizione fisica, senza bisogno di comunicazioni vocali, potrà risultare determinante per il buon esito dell'intervento e fare la differenza tra la vita e la morte. Un esempio di azienda che utilizza svariate tecnologie per fornire servizi di mHealth è Numera. Il suo pacchetto mobile Libris+ consente di rilevare le cadute delle persone a rischio, in particolare gli anziani. Ogni anno, negli Stati Uniti, 14,8 milioni di persone di età superiore a 65 anni cadono riportando, nel 20-30% dei casi, danni di entità da moderata a grave. Libris+, indossato generalmente per mezzo di una collana, dispone di sensori di caduta nonché di un sistema di navigazione satellitare e radio cellulare (voce e dati) per comunicare eventuali problemi a un centro di servizio e da qui a parenti o amici, in modo da chiamare e indirizzare celermente i soccorsi. Le comunicazioni possono essere anche attivate manualmente tramite la semplice pressione di un pulsante. Libris+ può essere anche collegato a bilance elettroniche, misuratori della pressione sanguigna e rilevatori del livello di ossigeno nel sangue, in modo da renderlo un vero e proprio hub di comunicazione locale connesso a una varietà di sensori fisici e fisiologici.

Il rilevamento della posizione fisica nei dispositivi mHealth
I dati di localizzazione in ambienti interni possono provenire da reti di sensori wireless dedicate, reti all'interno di edifici o hotspot Wi-Fi. Per gli ambienti esterni, la navigazione satellitare assicura la migliore copertura globale e la sua accuratezza può essere ulteriormente migliorata con l'aggiunta di una rete cellulare o di dati di localizzazione tramite router Wi-Fi. Sebbene molti usino il termine Gps per descrivere genericamente i sistemi di navigazione o posizionamento satellitare, il Gps è in effetti il sistema di tracciamento satellitare statunitense. L'acronimo corretto sarebbe Gnss (Global navigation satellite systems), mentre la Russia ha sviluppato il sistema Glonass, la Cina il sistema BeiDou e l'Europa sta mettendo a punto il sistema Galileo. Questi sistemi sono spesso associati a un sistema di miglioramento, che integra i dati ricevuti dai satelliti con i dati delle stazioni di riferimento di terra. L'aggiunta del rilevamento della posizione fisica Gnss ai prodotti mHealth presenta alcune difficoltà. Gli utenti desiderano dispositivi piccoli, discreti e leggeri che non li obblighino a ricaricare di continuo le batterie. Ecco perché è fondamentale ridurre al minimo il consumo di energia. Inoltre, questo è un settore nel quale i margini di profitto sono minimi e la pressione sui fornitori perché riducano i costi è molto forte. Ultimo ma non meno importante, i costruttori di dispositivi mHealth sono impegnati in una corsa all'innovazione nella quale lanciare sul mercato per primi i nuovi prodotti può fare la differenza tra il successo e il fallimento. Per questo, è fondamentale che la funzionalità di rilevamento della posizione fisica sia facilmente integrabile nei nuovi prodotti. Alcune aziende hanno scelto di progettare in proprio la funzionalità Gnss a partire dai circuiti integrati. Tuttavia, molte preferiscono utilizzare moduli Gnss pre-fabbricati, che garantiscono facilità di integrazione, time-to-market ridotto e minore complessità in fase di produzione. Due esempi di tali moduli sono EVA-7M e MAX-7 di u-blox. Entrambi consentono il tracciamento dei segnali satellitari Gps o Glonass e il supporto Sbas su Gps. Non necessitano di un microcontrollore host e richiedono pochissimi componenti esterni, risultando così estremamente semplici e rapidi da integrare nei dispositivi indossabili. I moduli combinano un'alta sensibilità di tracciamento con un consumo energetico continuo di soli 16,4 mA a 3 V (4 mA – 4,5 mA a 3 V in modalità di risparmio energetico) e forniscono dati di posizionamento Gps con una precisione di 2,5 m (4 m su Glonass), o soli 2,0 m con Sbas attivato. Se è necessaria una copertura Gnss più ampia, i moduli EVA-M8M e MAX-M8 di u-blox hanno le stesse dimensioni dei moduli EVA-7M e MAX-7 rispettivamente, ma supportano anche il sistema BeiDou e possono operare simultaneamente utilizzando fino a due sistemi satellitari. Il modulo EVA-M8M ha una sensibilità di tracciamento di -164 dBm mentre il modulo MAX-M8M raggiunge -167 dBm. Entrambi i moduli sono predisposti per il sistema Galileo e potranno essere aggiornati all'entrata in funzione del nuovo sistema. Come indicato in precedenza, la precisione di navigazione può essere migliorata, in particolare quando i segnali satellitari sono deboli o bloccati da ostacoli, utilizzando Internet o le reti wireless cellulari per integrare le informazioni dei satelliti. AssistNow di u-blox è un servizio Gnss (A-Gnss) assistito gratuito che adotta questo approccio per consentire di calcolare la posizione nel giro di pochi secondi, anziché nei minuti o nelle ore che potrebbero essere necessari utilizzando solo i segnali Gnss, i quali potrebbero essere bloccati o attenuati.

Connessione a Internet
Nel mercato del fitness di cui abbiamo parlato all'inizio di questo articolo, il metodo più comune per ottenere la connettività Internet è tramite l'uso di uno smartphone o di un tablet con connettività cellulare o Wi-Fi. I dati dei sensori o dei moduli di sensori con processori integrati utilizzano in misura sempre crescente il Bluetooth a bassa energia (detto talvolta Bluetooth Smart) per connettersi al telefono o al tablet, dato che la funzionalità Bluetooth è già presente in questi dispositivi. Tuttavia, la connettività dei dispositivi mHealth indossabili potrebbe risultare più problematica, in particolare nel monitoraggio dei soggetti più vulnerabili per motivi di età, infermità o altri problemi di salute. In questi casi, una connessione dedicata a Internet risulta generalmente preferibile. Se qualcuno perde lo smartphone oppure dimentica di portarlo con sé quando va a fare la spesa, le comunicazioni con il fornitore del servizio sanitario non subiranno conseguenze. SmartSole della società statunitense Gtx. Integra tracciamento Gps e trasmissioni radio cellulari nella soletta di una scarpa. È una soluzione discreta che consente agli operatori sanitari, oppure ai parenti e agli amici, di tenere sotto controllo le persone vulnerabili che potrebbero mettersi inconsapevolmente in una situazione di pericolo. In alcuni casi, consente ai pazienti di rimanere a casa propria, anziché essere ricoverati in ospedale. Chiaramente, le persone affette da demenza o altre patologie cerebrali potrebbero avere problemi nell'utilizzare uno smartphone oppure potrebbero scordarsi di portarlo con sé. Ecco perché l'unico sistema affidabile è una soluzione completamente integrata. SmartSole ha anche una batteria di durata maggiore rispetto a molti smartphone, con intervalli di 2-3 giorni tra le ricariche. Come per il Gnss, l'aggiunta della funzionalità radio cellulare richiede piccole dimensioni, facile integrazione, prestazioni affidabili e costi ridotti. Anche in questo caso, i moduli rappresentano spesso la soluzione più conveniente. Se è sufficiente una bassa velocità di trasferimento dei dati, come nel caso di molte applicazioni mHealth, le reti 2G dispongono generalmente di una larghezza di banda e di funzionalità adeguate. Tuttavia, con l'accelerazione degli investimenti nelle infrastrutture 4G, gli operatori stanno iniziando a chiudere le vecchie reti. Per assicurare la compatibilità futura dei dispositivi mHealth, progettati generalmente per una vita utile molto più lunga dei prodotti destinati al fitness, è auspicabile dotarli di una funzione di connettività mobile con moduli 3G e 4G. Il costo incrementale iniziale sarà più che compensato nel corso della vita utile del prodotto dal minor numero di aggiornamenti necessari per adattarlo alle nuove reti. Inoltre, può essere utile assicurare che, qualunque sia il modulo radio cellulare scelto, la scheda potrà essere facilmente aggiornata in una fase successiva, senza modificare il layout del prodotto. La serie TOBY-L2 di u-blox di moduli modem voce/dati garantisce una semplice migrazione dai moduli SARA-U2 (3G) e SARA-G3 (Gsm) dell'azienda. Grazie al design nidificato, non è infatti necessario sostituire le schede a circuiti stampati a ogni aggiornamento del prodotto. I moduli TOBY-L2, i più rapidi attualmente in commercio, hanno una velocità massima di download di 150 Mbps e di upload di 50 Mbps. Sono disponibili in varianti per Nord America, Europa, Asia-Pacifico e Sud America, quindi i prodotti che li utilizzano sono facilmente adattabili ai mercati globali. I moduli TOBY-L2 assicurano un funzionamento affidabile negli ambienti più critici. Hanno una temperatura di funzionamento compresa tra -40 °C e +85 °C e, come gli altri componenti e moduli u-blox, sono fabbricati in impianti certificati Iso/Ts 16949. Tutti i moduli radio u-blox sono progettati per integrarsi efficacemente con i moduli Gnss dell'azienda, assicurando ai progettisti un basso rischio, un'alta affidabilità e un'alta gamma di opzioni ad alte prestazioni per l'uso combinato dei dati di localizzazione fisica e della connettività mobile. Dispongono anche delle tecnologia CellLocate di u-blox che consente di stimare autonomamente la posizione in base alle informazioni delle celle circostanti, in combinazione con i dati di localizzazione Gps, per migliorare la precisione e la velocità di localizzazione, in particolare all'interno di ambienti schermati che ostacolano i segnali Gnss.

L’integrazione è la strada verso il futuro
Quanto maggiore è il numero di funzioni integrabili in un singolo pezzo di silicio o in un singolo modulo, tanto più conveniente sarà la soluzione. Con l'aumento dell'integrazione, il costo per funzione tende a diminuire. Nel breve termine, si assisterà a un'integrazione ancora più spinta delle funzionalità Gnss con un'ampia gamma di opzioni di connettività sugli stessi moduli, compresi Wi-Fi, Bluetooth e radio cellulare. Col tempo, tutte queste funzionalità potranno essere persino combinate all'interno dei circuiti integrati.

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