Nuove tecnologie per un’elettronica sempre più “indossabile”

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Da alcuni anni si può notare un interesse sempre maggiore verso le tecnologie wearable, quelle cioè “indossabili” e la crescita dell’ IoT (Internet Of Things) sta stimolando ulteriormente la crescita di questo settore.

A livello di sviluppo tecnologico però siamo ancora in una fase poco più che iniziale, anche se sul mercato esistono già alcuni esempi di dispositivi indossabili utilizzati regolarmente per specifiche applicazioni come braccialetti che possono sostituire le chiavi di accesso oppure dotati di sensori biometrici, tessuti con sensori integrati per la misurazione del battito cardiaco e della temperatura, anelli che contengono informazioni personali.

Gli NFC Ring possono essere usati per molteplici applicazioni, dall’apertura delle porte al trasferimento di informazioni

Malgrado le possibili applicazioni professionali per queste tecnologie siano vastissime, uno dei freni allo sviluppo di questo settore sembra essere lo scetticismo delle aziende sui reali vantaggi per migliorare le performance e la produttività e i timori dell’impatto sui sistemi IT, sicurezza e privacy.

Gli analisti, comunque, prevedono un brillante futuro per queste tecnologie entro pochissimi anni. Morgan Stanley stima, per esempio, che questo settore avrà un CAGR del 154% fino al 2017 quando dovrebbero essere venduti 248 milioni di dispositivi.

Le potenzialità

Il mercato dei dispositivi indossabili è potenzialmente illimitato e i primi esempi sono già disponibili per applicazioni nell’ambito del fitness, della sanità e della salute, dei pagamenti, dell’entertainment, nel mondo del fashion e nei settori industriale e commerciale. Alcuni esempi famosi sono i Google Glass, Glass Up, lo smartwatch Pebble, i Galaxy Gear di Samsung, lo Jawbone e il Fitbit, l’NFC Ring, solo per citarne alcuni.

Samsung Gear S è un esempio di integrazione di diverse tecnologie in dispositivo wearable dato che integra, oltre alla connettività 3G UMTS, Wi-Fi e Bluetooth, un processore dual core e sensori come accelerometro, barometro, giroscopio, geomagnetico, gensore HR, sensore di luminosità e gensore UV

Di fatto le tecnologie wearable rispondono molto bene alle esigenze indotte da alcuni macro-trend a livello mondiale, come per esempio l’invecchiamento della popolazione con il conseguente aumento delle necessità di controllo medico e i vantaggi, soprattutto economici, che possono derivare dal telecontrollo e dall’assistenza in remoto. Le tecnologie wearable, potendo rilevare direttamente e semplicemente alcuni parametri medici come pressione e frequenza del battito cardiaco, permettono infatti di garantire una migliore qualità della vita, dato che evitano, in molti casi, ai pazienti di doversi recare presso strutture specializzate o anche solo dal proprio medico per i controlli periodici.

Analogamente per il settore del fitness le tecnologie wearable offrono strumenti pratici e sofisticati per ottimizzare le proprie attività.

Da non trascurare anche la potenziale rivoluzione che si potrebbe avere nel settore dei pagamenti con tecnologie che ben si prestano a essere implementate in dispositivi wearable come quella NFC.

Uno dei settori però più importanti è relativo alle applicazioni industriali. L’uso di dispositivi indossabili per esempio per gestire il lavoro in un magazzino oppure per aiutare i servizi di assistenza tecnica può portare a degli aumenti di produttività particolarmente interessanti.

Tra i materiali che potrebbero condizionare le tecnologie wearable c’è sicuramente il grafene che potrebbe fornire un sensibile aiuto anche se in modo indiretto. Il nuovo materiale è infatti in grado di rivoluzionare molte tecnologie legate all’elettronica nel senso che permette di migliorare le performance di processori, display e batterie e quindi di riflesso i componenti necessari ai dispositivi di tipo wearable.

I computer da polso Zypad di Eurotech offrono anche una connettività radio che permette di disporre di dati e informazioni in qualsiasi momento e luogo

Due delle principali limitazioni di tipo tecnico allo sviluppo delle tecnologie wearable sono legate all’alimentazione dei dispositivi e alla flessibilità dei materiali.

Il primo problema in sostanza è lo stesso che caratterizza tutti i dispositivi di tipo mobile ed è legato all’autonomia concessa dalle batterie. Su questo versante però le tecnologie di ottimizzazione dei consumi utilizzate per i chip sono in grado di fornire un valido aiuto anche in questo settore che può inoltre trarre vantaggio dalle tecnologie di energy harvesting. Ci sono già alcuni esempi, come quelli di Solar Fiber e Pauline Van Dongen, di tessuti, abiti e accessori che utilizzano l’energia solare per ottenere energia elettrica da utilizzare per i dispositivi e sono allo studio tessuti in grado di sfruttare l’energia cinetica.

Per le batterie, in generale, anche in piccoli formati devono essere capaci di erogare abbastanza corrente per attivare, per esempio, sensori di comunicazione wireless a basso consumo, e in questo caso la chimica delle batterie assume un ruolo determinante.

Un altro problema non irrilevante per le tecnologie wearable è quello della flessibilità dei singoli componenti, indispensabile non soltanto per i tessuti, ma anche per altri tipi di dispositivi come braccialetti o anche semplici tag RFID.

La tecnologia D.r.e.t. permette di stampare, con soluzioni inkjet, tracce conduttive direttamente sui tessuti

Per le batterie ci sono già diverse aziende impegnate su questo versante, come per esempio Samsung, Imprint energy e Solicore con prodotti in diversi stadi di sviluppo (alcuni sono già disponibili mentre per altri la commercializzazione è prevista fra alcuni anni). Imprint energy per esempio sta lavorando su batterie ricaricabili a base di Zinco (la tecnologia si chiama ZincPoly) ultra sottili e flessibili. Solicore, invece, offre tre tipi standard di batterie primarie non ricaricabili (da 10, 14 e 25 mAh) da utilizzare per soluzioni formato carta di credito, ma ci sono comunque margini per la personalizzazione.

Per i display la flessibilità non sembra essere un problema e si sono visti già numerosi prototipi da parte dei principali produttori, soprattutto con modelli con tecnologia OLED.

Più complessa è la situazione quando si parla di schermi touch, ma anche in questo settore non mancano gli sviluppi. Per esempio Canatu sta realizzando pellicole conduttive trasparenti e flessibili per i dispositivi touch basate su nanotubi in carbonio. La pellicola CNB Flex di Canatu infatti può essere ripetutamente piegata anche con curvature strette senza alcun effetto sulla sua conducibilità elettrica, il che la rende un materiale ideale per sensori tattili che devono essere piegati, flessi o deformati. Inoltre le proprietà ottiche di queste pellicole permettono di conservare la leggibilità esterna e il contrasto del display sottostante .

Un altro aspetto da considerare per l’introduzione e la diffusione delle tecnologie wearable riguarda l’impatto sulle infrastrutture aziendali. In uno scenario in cui un gran numero di dispositivi indossabili si collegheranno alle reti aziendali, non è difficile prevedere un forte impatto sulla banda wireless del sistema. Se si considera che spesso l’infrastruttura IT delle aziende è già sovraccarica, le possibili ripercussioni sulle prestazioni delle applicazioni sono facilmente intuibili. Anche se molte aziende prevedono di trarre vantaggio nell’immediato futuro delle tecnologie indossabili, gli aspetti legati alle infrastrutture IT diventeranno determinanti e non solo per le prestazioni della applicazioni ma anche per la sicurezza e la privacy. Questo aspetto è determinante dato che

Alcuni esempi in dettaglio

A parte i dispositivi wearable di tipo consumer che iniziano a essere disponibili, primi fra tutti gli smartwatch, ci sono sviluppi molto interessanti nei settori industriale e dell’abbigliamento.

La linea di dispositivi portatili Eurotech, per esempio, è caratterizzata principalmente dalla presenza dei computer indossabili che permettono di compiere diverse operazioni a mani libere e, quindi sono utilizzabili in campi di applicazione non propriamente adatti all’utilizzo di computer tradizionali. Fra questi ci sono i computer indossabili al polso della famiglia Zypad che permettono all’utente di utilizzare il computer senza interrompere l’attività in cui è coinvolto.

Utili in contesti scomodi in cui la libertà di movimento è una priorità e dove è fisicamente impraticabile o intralciante l’impiego di dispositivi tradizionali come per esempio notebook, PDA e tablet PC, gli Zypad offrono anche una connettività radio con cui è possibile accedere a dati ed informazioni in qualsiasi luogo ci si trovi. Il computer indossabile Zypad può essere utilizzato in diversi settori: industriale, medicale, logistica, trasporti e difesa e può essere affiancato da un barcode ring scanner, anch’esso indossabile, che permette di leggere i dati e automaticamente memorizzarli sul dispositivo Zypad.

Un altro esempio interessante è quello di Dretter, azienda che ha sviluppato una tecnologia, chiamata D.r.e.t., che permette di realizzare tracce conduttive stampate direttamente su tessuto tramite tecnologia inkjet. Questo processo industriale permette di aprire nuovi e ampi scenari nel settore del wearable e della creazione di elettronica tessile. I circuiti possono essere infatti stampati all’interno di magliette, vestiti e anche bagagli permettendo di realizzare un’ampia gamma di applicazioni, dai sistemi per verificare l’originalità dei capi di abbigliamento a quelli per l’identificazione dei bagagli in caso di smarrimento.

Di fatto la tecnologia D.r.e.t. si può utilizzare in diversi ambiti, per esempio per l’abbigliamento intelligente intimo e tecnico, per la certificazione di originalità dei capi nei settori retail e moda, per il fashion design, nel settore sanitario e per apparecchiature e prodotti biomedicali indossabili. Le possibili applicazioni si estendono anche al campo degli arredamenti, a quello militare per abbigliamento e attrezzature, e a quello automotive.

Con questa tecnologia le board tradizionali possono essere sostituite da schede tessili che consentono di mantenere l’uniformità del materiale fra abbigliamento e elettronica. Molto interessanti sono anche le soluzioni di connessioni basate sui bottoni automatici. Tra i prodotti proposti con tecnologia D.r.e.t. ci sono Tag NFC, HF e UHF tessili, componenti THT creati su tessuto e Microcontroller Mate tessile in grado di collegare le applicazioni elettrotessili a uno smartphone

Francesco Ferrari

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