Rendere i dispositivi wearable convenienti da indossare

I dispositivi indossabili sono i più discussi e gettonati, tra i prodotti dell'elettronica di consumo degli ultimi anni - ma la realtà spesso ha tradito le aspettative. Mentre il loro potenziale è quello di cambiare la nostra vita quotidiana e generare reddito per i costruttori di dispositivi, finora la loro percentuale di utilizzo si è attestata a livelli al di sotto delle aspettative degli analisti di mercato. Anche Apple ha dovuto lottare per rendere il suo Apple Watch popolare, anche solo una frazione, di quanto lo siano i suoi smartphones.

Introduzione

Il trend di mercato dei dispositivi indossabili si sta dunque appiattendo? Si è trattato dunque di un capriccio momentaneo il cui tempo è ormai passato? O invece si tratta di un mercato nascente il cui potenziale deve ancora realizzarsi? Una nuova generazione di dispositivi indossabili è finalmente pronta a trovare la sua "killer app" e si appresta a scompigliare le carte in tavola. Utilizzando processori a basso consumo di potenza e altamente performanti, integrati con sistemi su chip (SoC), questi nuovi indossabili rappresentano una grande miglioria rispetto a ciò cui eravamo abituati in passato (figura 1).

Figura 1: gli indossabili hanno le potenzialità per cambiare le nostre vite

Uno spiacevole intoppo

Mentre gli smartwatch e gli strumenti per il fitness-tracking erano in giro già alla fine del 2000, i dispositivi indossabili come li conosciamo oggi sono diventati di uso comune intorno al 2012. Quello è stato l'anno in cui sono usciti sul mercato: FuelBand, il fitness-tracker di Nike, e lo smartwacth di Pebble. Questi due iconici indossabili sono stati tremendamente popolari e il loro successo ha innescato l'interesse del pubblico per i dispositivi indossabili.

Numerosi competitori si sono allora affacciati sul mercato, e ai nostri giorni abbiamo una pletora di smartwatch e fitness-tracker tra cui scegliere. A cinque anni dal lancio di FuelBand, ci si potrebbe aspettare che la quasi totalità dei consumatori possegga un accessorio smart al polso, ma questa non è la realtà dei fatti. Le vendite non sono andate come le analisi di mercato avevano previsto, e una recente indagine ha riportato un tasso di abbandono di questi dispositivi da parte dei possessori di circa il 30%. Praticamente uno su tre di questi dispositivi è stato abbandonato nel cassetto dei calzini.

Tecnologia Emergente

Ci si potrebbe allora chiedere cosa abbia trattenuto gli indossabili dal diventare un prodotto di massa su larga scala? Cosi come tutte le tecnologie emergenti ma in uno stadio ancora precoce, gli indossabili hanno subito i dolori della crescita.

Essendo una nuova classe di dispositivi, non vi era un ambiente hardware in grado di supportare la prima generazione di indossabili. Essi hanno dovuto adattarsi a componenti progettati per sistemi integrati più grandi e con richieste di potenza maggiori. Il risultato è stato quello di avere dispositivi dalle grandi potenzialità ma inespresse.

Questi primi indossabili spesso facevano pesante uso di componenti discreti, risultando in dispositivi costosi e ingombranti, che consumavano generalmente più potenza di quella che ci si aspettava. Per esempio, il FuelBand di Nike usava microcontrollore, memoria, sensore e componenti radio discreti. Anche se progettato con gusto dagli ingegneri della Nike, il FuelBand risultava ancora relativamente ingombrante per un braccialetto, ed anche costoso (150$) per un semplice fitness-tracker.

A causa di motivazioni dovute al risparmio della durata della batteria, cosi come alla limitata capacità di elaborazione, molti tra i primi indossabili scaricavano sullo smartphone gravosi carichi di elaborazione. Ciò ha prodotto dispositivi in grado di offrire, da soli, poche funzioni. Qualsiasi elaborazione significativa di dati che coinvolgeva della sensoristica, richiedeva all'utente di portare con se un app sul proprio telefono. In ultimo, i primi indossabili erano percepiti come un prodotto di cui si può fare a meno piuttosto che come uno strumento indispensabile. Le misurazioni che si potevano fare con i primi modelli, erano spesso limitati al conta-passi (non sempre accurato ) o al visualizzatore del battito cardiaco. Molti dispositivi, rispondevano a bisogni che non sembravano essenziali per molte persone e che spesso potevano trovare comunque soluzione negli smatphone stessi.

Più che una trovata

Lontani dall'essere perfetti, la prima generazione di indossabili vendette comunque abbastanza, tanto da dimostrare le potenzialità commerciali di questo mercato nascente. Riconoscendo che gli indossabili avevano il bisogno di unità per l'elaborazione dei dati provenienti dai sensori con bassi consumi di potenza in un contenitore compatto, i progettisti si misero subito all'opera. Integrando microcontrollori (MCU), radio Bluetooth , e altri componenti chiave, lo sviluppo di sistemi su chip (SoC) ha permesso agli indossabili di oggi di essere più comodi, duraturi e funzionali.

La necessità dell'utilizzo di SoC negli indossabili deriva dal fatto che, i progettisti devono lavorare in spazi limitati e con richieste di consumi ridotti - molto più che in altri sistemi integrati. Ancora, i dispositivi necessitano di sufficienti capacità di elaborazione e sensoristiche per fornire funzionalità rilevanti. Anche gli smartphone, che sono tradizionalmente piccoli per gli standard dei sistemi integrati, risultano enormi se comparati anche solo ai più ingombranti degli smartwatch. Gli indossabili hanno la necessità di essere piccoli abbastanza da essere indossati ai polsi, e altrettanto leggeri da essere portati su altre parti del corpo o integrati nel vestiario senza essere notati.

I bassi consumi di energia rappresentano un'altra sfida per gli indossabili. Non come gli smartphone, le cui funzionalità sono ora essenziali per il consumatore medio, gli indossabili risultano ancora come dispositivi secondari, e cosi l'utente è meno invogliato a ricaricarli ogni giorno. L'utilizzo dei SoC è stato d'aiuto per risolvere questi fattori di forma e le sfide energetiche, permettendo agli indossabili di essere più piccoli e leggeri - e quindi meno intrusivi e più convenienti da usare. Inoltre i SoC permetteno agli indossabili di essere integrati in soluzioni esteticamente più piacevoli, estendendo la durata della batteria di giorni o anche in alcuni casi settimane.

La rivoluzione dei SoC è stata innescata dall'annuncio nell'estate 2012 da parte di Nordic Semiconductor del suo disposivo nRF51822, un SoC Bluetooth con bassi consumi di energia. Questi chip integravano una MCU a basso consumo denominata ARM Cortex-M0 e una radio Bluetooth, insieme con una memoria flash, RAM, unità di gestione dei consumi, ADC, DAC, I/O. Integrando questi componenti chiave, trovabili praticamente in tutti i dispositivi indossabili, il chip nRF51822 ha contribuito a semplificare la progettazione hardware, con riduzione del costo dei componenti, taglio dei consumi di potenza, e dimagrimento dei fattori di forma del dispositivo (figura 2).

Figura 2: diagramma a blocchi del chip nRF51822 prodotto da Nordic Semiconductor

Costruendo il suo SoC intorno ad un processore ARM, Nordic ha portato sul piatto un processore ad alta efficienza energetica, ed ha garantito agli sviluppatori di poter lavorare con strumenti di sviluppo ben supportati. Inoltre, con il loro BLE software stack integrato, questi chip sono molto più facili da progettare dei tradizionali moduli radio Bluetooth. Gli sviluppatori possono cosi focalizzarsi sulle funzionalità applicative, piuttosto che sulla complessità del protocollo BLE.

Altri produttori di chip hanno visto le potenzialità della progettazione SoC per indossabili ed hanno velocemente seguito l'esempio, con la loro personale risposta al SoC BLE basato su ARM Cortex-M0. Il modulo BLE PSoC 4 di Cypress Semiconductor's  presenta un processore M0 con clock a 48 MHz, che integra un controller touch capacitivo, e migliora il supporto con i dispositivi analogici. ATSAMB11 di Atmel's è un altro modulo basato su M0, con consumi ridotti da primato nel suo settore industriale, il tutto in un contenitore QFN (6x6mm ) estremamente piccolo.

Mentre questa nuova serie di moduli SoC integrati BLE hanno avuto grande successo nel mercato IoT e degli indossabili, i processori Cortex ARM-M0 utilizzati all'inizio, erano relativamente poco prestanti, limitando i casi d'uso alle applicazioni base degli indossabili. Nel 2015 Nordic irrompe nuovamente nel mercato degli indossabili, introducendo la serie nRF52.  Questa seconda generazione di SoC BLE introduceva un significativo aumento nella potenza di calcolo, con un processore Cortex-M4F a 64MHz, migliorava la sensitivity radio, doppia flash e RAM, e metà dei consumi di potenza. Nello stesso anno Texas Instruments migliorava la sua offerta, rilasciando la serie CC2640 di SoC BLE con processori Cortex-M3. Questi relativamente potenti processori a 48 MHz, hanno notevolmente ampliato ciò che era possibile nella progettazione di un SoC BLE. Mantenendo comunque i consumi di potenza ancora molto ridotti, con 5,9 mA in fase di ricezione e 6,1 mA in fase di trasmissione a 0 dBm (figura 3).

Figura 3: diagramma a blocchi del chip CC2640 prodotto da TI

Questa seconda generazione di processori SoC stanno ora potenziando una nuova ondata di indossabili che sono più economici, funzionali ed esteticamente piacevoli dei precedenti.

Vale la pena indossare gli indossabili

I nuovi processori SoC BLE dei produttori di chip leader del settore, stanno aiutando a creare fitness-tracker e altri convenzionali indossabili, più accurati ed utili. Essi stanno anche aprendo la strada  a nuove possibilità applicative. Il Lumo Run esemplifica la nuova ondata di dispositivi per il fitness-tracking, supportando migliori e più accurate misurazioni. Esso usa un SoC nRF52832 per ottenere un dispositivo con un profilo sottile spesso mezzo pollice e un peso appena percettibile. Mentre i fitness-tracker di prima generazione erano dispositivi da polso, rendendoli notoriamente inaccurati per la misurazione delle attività delle parti basse del corpo, il Lumo Run è attaccato alla parte posteriore dei pantaloni vicino al torso.

Monitorando il movimento vicino al baricentro del corpo, Lumo Run è in grado di monitorare la cadenza, rimbalzo, frenata, calo pelvico, e rotazione. Queste misurazioni dettagliate vanno ben oltre il tradizionale conta passi. Gli utenti ricevono precisi e praticabili suggerimenti su come migliorare la propria corsa. Accanto agli evoluti fitness-tracker, la nuova ondata di indossabili include, vestiario smart, monitor medicali, tracciatori di benessere, e orologi ibridi.

Il calzino smart di Owlet è un esempio di questa nuova classe di indossabili che va oltre gli accessori da polso. Si tratta di un calzino per bambini che tiene conto del livello di ossigeno e del battito cardiaco. Il calzino incorpora un pulsossimetro cosi come un trasmettitore BLE. I segnali vitali vengono comunicati attraverso BLE ad una stazione base, che li spedisce ad un servizio cloud, cosi che possano essere visualizzati ovunque su un computer o mediante un app per smatphone. L'obiettivo è quello di dare ai genitori uno strumento in grado di tranquilizzarli sullo stato di salute del loro bambino attraverso la visualizzazione da remoto dei suoi segnali vitali.

Per gli atleti professionisti, gli infortuni sono sempre una preoccupazione. Il nuovo manicotto di compressione prodotto da Motus mira ad aiutare i giocatori di baseball ad evitare gli infortuni al gomito molto comuni in questo sport. Incorporando un accelerometro, il manicotto Motus monitora a quanto stress, i lanciatori di baseball, sottopongono il gomito ogni qual volta viene lanciata la palla. Questo fornisce ai giocatori ed agli allenatori i dati necessari per ottimizzare i tempi di allenamento, prevenire affaticamenti, e decidere quando lasciare i giocatori in campo o metterli in panchina.

L'era degli indossabili

Dopo un difficile inizio, gli indossabili stanno finalmente ottenendo il giusto riconoscimento. La prima generazione di indossabili ha dovuto arrangiarsi con tecnologie pensate per strumenti di dimensioni maggiori, spesso risultando in dispositivi costosi ed ingombranti, con più fascino che funzioni. Ma con l'avvento di un ambiente hardware dedicato, anche gli indossabili hanno cominciato a prendere forma. Oggi, la disponibilità di chip SoC BLE, potenti ed energeticamente efficienti, prodotti da Nordic, Cypress, Atmel, TI, e altri produttori wireless ha permesso all'ultima generazione di indossabili di trovare il giusto equilibrio tra efficienza energetica, potenza di calcolo, dimensioni ridotte per essere funzionali, esteticamente piacevoli, e utilizzabili. Contrariamente a quanto molti si aspettavano, il successo degli indossabili non ha significato fitness-tracker ad ogni polso, ma piuttosto  una pletora di dispositivi indossabili in tutte le forme e configurazioni, volti a risolvere specifiche richieste in ambito medico, industriale, commerciale e sportivo. Gli indossabili più promettenti e di maggior successo oggi, non sono quelli che stavamo aspettando ma paradossalmente quelli che non avevamo previsto.

 

 

 

Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 28 aprile 2017

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