Introduzione alla tecnologia wearable

La tecnologia è continuamente soggetta ad uno sviluppo causato dalla comparsa di miliardi di nuove "cose" interconnesse e dal loro radicamento nella nostra vita quotidiana. Una delle tecnologie più versatili è rappresentata dai cosiddetti dispositivi indossabili (wearable), in grado di acquisire ricche informazioni su noi stessi ed il mondo che ci circonda e utilizzarle per offrire un'esperienza personalizzata. L'obiettivo principale di questo articolo è quello di fare luce sulla storia dei dispositivi indossabili e fornire una revisione dello stato dell'arte sul mercato di tali dispositivi. Inoltre, il documento fornisce una classificazione ampia e diversificata dei dispositivi indossabili, basata su vari fattori, una discussione sulle tecnologie di comunicazione wireless, architetture, aspetti dell'elaborazione dei dati, nonché una varietà di altre informazioni effettive sulla tecnologia indossabile. Infine, l'indagine evidenzia le sfide critiche e le soluzioni esistenti/future.

Introduzione

Oggi, la rapida proliferazione delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (ICT, Information and Communications Technology) è spinta da un numero crescente di nuovi servizi e dalla crescente domanda degli utenti. In generale, il numero di dispositivi palmari interconnessi è cresciuto enormemente di anno in anno, grazie sia ai consumatori che all'ampia penetrazione dell'Internet of Things (IoT). Piccoli, convenienti e molto diversi per forma, scopo e applicazione, i dispositivi IoT hanno avuto un enorme impatto sullo sviluppo del campo delle telecomunicazioni, non solo introducendo sul mercato nuove tecnologie wireless a lungo raggio, ma definendo nuovi requisiti in termini di affidabilità e disponibilità, ma anche spingendo gli operatori di rete e i fornitori a riprogettare l'intero ecosistema, passando dal traffico convenzionale generato dall'uomo a uno IoT più diversificato.

I termini "dispositivi indossabili" o anche "tecnologia indossabile" si riferiscono a piccoli dispositivi elettronici e mobili, o computer con capacità di comunicazione wireless, incorporati in gadget, accessori o vestiti, che possono essere indossati sul corpo umano, o anche versioni invasive come microchip o tatuaggi intelligenti. Rispetto agli smartphone e ai tablet odierni, il principale valore aggiunto è che i dispositivi indossabili possono fornire varie funzioni di monitoraggio e scansione, incluso il biofeedback o altre funzioni fisiologiche sensoriali come la biometria. I dispositivi indossabili possono misurare continuamente tali valori, limitati dai vincoli della batteria; sono convenienti, senza soluzione di continuità, portatili e possono offrire l'accesso a mani libere all'elettronica.

I dispositivi indossabili di consumo di oggi sono oltre la loro nascita, ma sono ancora agli inizi. La maggior parte delle persone usa ancora una combinazione: tracker di attività e smartphone, vedi Figura 1, limitando la propria esperienza al numero di passi e alla frequenza cardiaca. In effetti, la varietà di dati raccolti ed elaborati in un contesto di ecosistema indossabile può trasmettere all'umanità un'esperienza utente senza precedenti. Oltre ai tradizionali tracker sportivi, smartwatch, fotocamere sul corpo, misuratori della frequenza cardiaca e occhiali, la prossima generazione di dispositivi indossabili includerà anche dispositivi di realtà aumentata, virtuale, mista e avanzata, vari vestiti intelligenti, e attrezzature industriali indossabili.

Figura 1: Combinazione tra l'ecosistema wearable attuale e quelle futuro

Tuttavia, la tendenza alla miniaturizzazione, la portabilità, la comunicazione wireless, l'elaborazione ad alta efficienza energetica e le tecnologie di visualizzazione avanzate sono state combinate per creare dispositivi intelligenti all'avanguardia. Il patriarca di questi dispositivi, lo smartphone, è stato rilasciato nel 1992 e i media intelligenti sono ora pronti a guidare la prossima grande ondata di innovazione. Confrontando gli smartphone tradizionali con i dispositivi indossabili, entrambi hanno i loro pro e contro. Il principale vantaggio di uno smartphone tradizionale è la sua maggiore precisione in varie metriche delle prestazioni a causa di minori limiti di consumo energetico come compromesso generale con le dimensioni. D'altra parte, i dispositivi indossabili sono dispositivi altamente vincolati alla batteria, ma hanno il potenziale per cambiare il mondo come lo conosciamo, proprio come hanno fatto i dispositivi mobili negli ultimi 20 anni. Si prevede che miglioreranno le parti tecnologiche e socio-culturali della nostra vita. Inoltre, i wearable hanno anche la forza di migliorare settori consolidati, come l'industria degli smartphone e altri dispositivi palmari. Questa tendenza è confermata da molti studi recenti e sarà discussa in questo articolo.

Dal punto di vista monetario, si prevede che il mercato dei wearable continuerà a crescere in modo esponenziale nei prossimi anni. La previsione è a un tasso di crescita superiore al 20% annuo e il mercato atteso è di oltre 40 miliardi di euro all'anno nei prossimi 5 anni con oltre 150 miliardi di euro entro il 2028. Si prevede che un numero recente di spedizioni di dispositivi indossabili, stimato a 113,2 milioni nel 2017 con una dimensione totale del mercato di 70 miliardi di dollari nel 2019, raggiungerà 222,3 milioni di consegne all'anno entro il 2022. Inoltre, l'epidemia di COVID-19 ha avuto anche un enorme impatto sull'evoluzione dei dispositivi indossabili guidata dall'implementazione di varie piattaforme di rilevamento della folla e tracciamento dei contatti. Si prevede quindi che la proliferazione di dispositivi indossabili aumenterà costantemente nei decenni successivi, con una transizione predominante da braccialetti e tracker sportivi a dispositivi indossabili più intelligenti e ricchi di funzionalità. La tecnologia indossabile ha un enorme impatto sull'industria delle TIC e si prevede che i dispositivi indossabili intelligenti sconvolgeranno la maggior parte dei settori personali e aziendali, come i settori industriale, sanitario e sportivo.

Prospettiva storica sui wearable

I dispositivi indossabili che conosciamo oggi sono per lo più trattati come dispositivi intelligenti per definizione. Le persone tendono a dimenticare che "l'intelligenza" non è sempre stata definita elaborando i dati su un chip, ma piuttosto fornendo un'esperienza migliore per gli utenti reali. Le successive sottosezioni forniscono una panoramica dell'evoluzione dei dispositivi indossabili. L'evoluzione è anche rappresentata graficamente in Figura 2 per la facilità di percezione.

Figura 2: Evoluzione grafica dei dispositivi indossabili

Il viaggio dei wearable inizia con l'invenzione degli occhiali intorno al XIII secolo da parte del frate inglese Roger Bacon, che risiedeva a Parigi, e che nel suo Opus Majus (c.1266) delineò i principi scientifici alla base dell'uso delle lenti correttive. Prima di R. Bacon, c'erano state menzioni di monaci presbiti che usavano segmenti di sfere di vetro che potevano essere appoggiati contro il materiale di lettura per ingrandire le lettere (cioè una lente d'ingrandimento chiamata "pietra da lettura"), ma queste sono più discutibili in termini di vestibilità effettiva. Gli occhiali di Bacon sono stati i primi dispositivi indossabili progettati per essere indossati senza problemi e migliorare la vista, diventando così gli occhiali intelligenti pionieristici.

Inizio del XX secolo

Il primo passo dal punto di vista delle fotocamere portatili è la fotocamera Pidgeon, sviluppata dall'inventore tedesco Julius Neubronner nel 1907. A differenza di molte altre innovazioni tecnologiche di quei tempi, la fotocamera è stata progettata per registrare i voli dei piccioni di Neubronner, mentre a volte questa invenzione viene erroneamente originata da esigenze militari. Probabilmente è perché la fotografia dei piccioni è stata ampiamente utilizzata durante la prima guerra mondiale per la sorveglianza aerea insieme agli aeroplani. In effetti, lo sviluppo del wearable guidato dai militari durante il periodo della prima e della seconda guerra mondiale è stato enorme. In primo luogo, i primi sistemi wireless trasportati sono stati riprogettati per le comunicazioni sul campo. Erano molto ingombranti e, all'inizio, venivano trasportati dalla cavalleria. Una svolta nella radio portatile è stata un sistema "packset", che in seguito divenne noto come "walkie-talkie", sviluppato nel 1937 da Donald Hings.

Metà del XX secolo

Nel 1961, i ricercatori del MIT Edward O. Thorpe e Claude Shannon hanno nascosto un dispositivo di cronometraggio in una scarpa in grado di prevedere con precisione il punto di atterraggio di una pallina su di un tavolo da roulette. Quello è diventato il primo computer indossabile nascosto all'interno di una scarpa. La vera storia dietro l'invenzione è stata pubblicata più tardi, solo nel 1998. Nel 1977, Hewlett Packard pubblicò il suo primo orologio calcolatrice algebrica. L'HP-01 (vedi Figura 3) era un genio del design in miniatura e intelligente con 28 tasti sul display dell'orologio. Quattro tasti erano sollevati per favorirne l'uso (importo, allarme, memoria e ora) e due erano incorporati, ma era possibile utilizzarli usando le dita. Per il resto dei tasti era importante utilizzare una penna inserita nella chiusura del braccialetto. Le versioni più economiche, prodotte principalmente da CASIO, garantivano comunque il design dell'orologio e le funzionalità offerte da una calcolatrice.

Figura 3: Orologio HP-01 della HP

Fine del XX secolo

Lo sviluppo dei dispositivi indossabili negli anni '80 è passato in modo relativamente rapido, principalmente guidato dal miglioramento della tecnologia esistente degli anni precedenti e da una nuova ondata di Realtà Aumentata (Agumented Reality, AR). Nel 1981, Steve Mann aveva formalizzato il progetto EyeTap (vedi Figura 4) e sviluppato il primo computer simile a uno zaino progettato per elaborare i dati da una fotocamera montata vicino all'occhio e mostrarli sullo schermo. Questo è stato il primo passo verso i moderni occhiali AR e l'antenato dei Google Glasses. Il secondo grande padre di Google Glass è il display da testa Private Eye sviluppato e venduto da Reflection Technology nel 1989. Aveva un monitor monocromatico con una risoluzione futuristica di 720 × 280 per quel tempo.

Figura 4: EyeTap

L'inizio degli anni '90 è stato alleggerito creando The Active Badge, il primo localizzatore portatile per interni nel 1990. È stato realizzato da Olivetti Research ed era idoneo a trasmettere segnali unici a infrarossi identificabili (InfraRed, IR) per comunicare la posizione di una persona, che potrebbe essere considerata la nascita del concetto di Smart Room. Due anni dopo, alla Columbia University è iniziato lo sviluppo della realtà aumentata basata sulla conoscenza per l'assistenza alla manutenzione (KARMA, Augmented Reality for Maintenance Assistance) ampiamente conosciuta. Il sistema utilizzava anche Private Eye per un effetto di sovrapposizione. L'obiettivo principale di questo progetto era strutturare gli schemi e le istruzioni di manutenzione oltre a tutto ciò che veniva mantenuto.

Inizio del XXI secolo

Il 2001 è l'anno più noto per l'introduzione del primo auricolare wireless Plantronics M1000, seguito dal lancio della versione leggera M1500. Era una combinazione di un auricolare Bluetooth M1000 e un innovativo adattatore per telefono cellulare Bluetooth che si collega direttamente al jack dell'auricolare, offrendo a tutti gli utenti mobili la libertà dell'auricolare Bluetooth. Nel 2004, la prima videocamera GoPro in assoluto ha incontrato il mondo. Nick Woodman ha fondato l'azienda dopo aver navigato in Australia nel 2002. Il primo modello era piccolo, leggero e impermeabile pur essendo alimentato a batteria AAA. Fitbit è stata fondata all'inizio del 2007 da James Park ed Eric Friedman. Nel 2008, Fitbit Classic è stato il primo tracker di attività wireless in grado di sincronizzare i dati con Internet e avere gli stessi dati disponibili su un telefono cellulare. Era anche innovativo nel fattore di forma elegante. Nel 2009 è stato rilasciato Samsung S9110 Smart Watch. L'azienda ha continuato l'idea di Dick Tracy con una radio da polso a due bande. Era un telefono GPRS (General Packet Radio Services) dual-band con supporto e-mail Exchange. Samsung S9110 Smart Watch è stato il primo smartwatch a includere un touchscreen a colori, connettività Bluetooth, lettore musicale e funzione di riconoscimento vocale.

La svolta successiva per gli utenti finali è avvenuta nel 2014 con l'introduzione di Android Wear (attualmente noto come Wear Operating System (OS)). Questo ha segnato il momento in cui il primo colosso industriale (Google) è entrato ufficialmente nel mondo dei wearable. Wear OS è stato il primo sistema operativo progettato specificamente per i dispositivi indossabili, in particolare per gli smartwatch, ed è stato l'inizio del movimento di Google verso l'assunzione di una posizione vitale nel mercato dei dispositivi indossabili. Spinta dalla corsa tecnologica, Apple ha rilasciato il suo primo dispositivo indossabile, Apple Watch, nel 2015. Mentre Google puntava principalmente al mercato, la storia di Apple Watch ha un background più tragico. Prima del 2011, Steve Jobs aveva combattuto a lungo e senza successo contro il cancro al pancreas e aveva sperimentato in prima persona l'imperfezione del settore sanitario negli Stati Uniti. Ha visto quanto fosse scomodo per il personale infermieristico comunicare con i pazienti, quanto fosse difficile monitorare le condizioni di un paziente ambulatoriale e raccogliere retrospettivamente le informazioni necessarie sul tempo trascorso fuori dall'ospedale. Fu allora che Steve Jobs decise che l'assistenza medica poteva essere migliorata con la tecnologia e che Apple poteva risolvere il problema della raccolta e della strutturazione dei dati. I tracker di attività esistenti non erano adatti per il monitoraggio quotidiano delle condizioni dei pazienti. Ecco perché Apple ha inventato l'orologio. L'integrazione con un potente software e una piattaforma cloud doveva facilitare il lavoro dei medici. Purtroppo, Steve Jobs è morto quattro anni prima che il dispositivo fosse rilasciato.

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