{"id":4673,"date":"2023-11-12T18:53:13","date_gmt":"2023-11-12T17:53:13","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ccapitalia.net\/?p=4673"},"modified":"2023-12-14T18:57:22","modified_gmt":"2023-12-14T17:57:22","slug":"wearables-y-3","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccapitalia.net\/?p=4673","title":{"rendered":"Wearables (y 3)"},"content":{"rendered":"

Adolfo Garc\u00eda Yag\u00fce<\/a> | En estas l\u00edneas comentaremos como el uso de sensores \u00f3pticos<\/strong>, junto a otros de tecnolog\u00eda MEMS <\/strong>(Microelectromechanical Systems)<\/strong> y el empleo de m<\/strong>icrocontroladores<\/strong>, est\u00e1 permitiendo el desarrollo de una nueva generaci\u00f3n de productos conocidos como Wearables <\/strong>(por aquello de que van entre nuestra indumentaria) especializados en recoger datos biom\u00e9tricos y de nuestra actividad f\u00edsica.<\/p>\n

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Microcontroladores <\/strong>
\nLos microcontroladores llevan entre nosotros desde los a\u00f1os 70. En ellos, compartiendo el mismo silicio, se re\u00fanen los principales elementos que constituyen un ordenador: microprocesador, memoria ROM y RAM, puertos de entrada y salida e, incluso, etapas de conversi\u00f3n AD (Anal\u00f3gico-Digital) y DA. El espectro de aplicaci\u00f3n de estos componentes es ampl\u00edsimo al simplificar un dise\u00f1o electr\u00f3nico y abaratar costes<\/strong>. Otra cualidad que hace especialmente atractivos a ciertos microcontroladores es su bajo consumo el\u00e9ctrico<\/strong>, raz\u00f3n por la cual son ampliamente usados en dispositivos integrados o embebidos<\/strong>.<\/p>\n

Como pod\u00e9is intuir, el clip de actividad Fitbit One (2012)<\/strong> cumple con la definici\u00f3n de dispositivo embebido y fue uno de los primeros de la generaci\u00f3n Wearable. En \u00e9l, adem\u00e1s de su bajo perfil el\u00e9ctrico, se observa un dise\u00f1o compacto optimizado para realizar una funcionalidad con una necesidad de c\u00f3mputo limitada y predecible<\/strong>. En este pod\u00f3metro se emplea el microcontrolador STM32L<\/strong> de ST Microelectronics<\/strong>, que se basa en la arquitectura ARM<\/a> 7 perfil M, o Cortex M3<\/strong>. Este componente, a trav\u00e9s a sus buses digitales I2C, SPI o anal\u00f3gicos<\/strong>, puede recoger las lecturas procedentes sensores externos.<\/p>\n

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MEMS (Microelectromechanical Systems)<\/strong>
\nA pesar de que las microm\u00e1quinas est\u00e1n permitiendo el desarrollo de cientos de dispositivos y soluciones, la tecnolog\u00eda que rodea a estos ingenios es poco conocida. La idea de partida se basa en el desarrollo a escala nano y microm\u00e9trica de m\u00e1quinas mediante t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n similares a las empleadas en los circuitos integrados, es decir, a trav\u00e9s de la deposici\u00f3n sobre un sustrato de silicio de distintas capas de materiales y la posterior fotolitograf\u00eda para \u201cesculpir\u201d microsc\u00f3picamente un sencillo proceso mec\u00e1nico junto a otro electr\u00f3nico<\/strong>. Esta uni\u00f3n entre mec\u00e1nica y electr\u00f3nica ha hecho posible, por ejemplo, la miniaturizaci\u00f3n de sensores de presi\u00f3n, de gases, aceler\u00f3metros y gir\u00f3scopos. Otros componentes desarrollados gracias a la tecnolog\u00eda MEMS tienen que ver con las comunicaciones \u00f3pticas, la radiofrecuencia o algo tan com\u00fan como los inyectores de tinta de algunas impresoras. Por \u00faltimo, y no menos importante, son aquellas aplicaciones MEMS en el campo de la medicina como medidores del nivel de glucosa en sangre, parches para dosificar una sustancia a un paciente o las bombas de insulina, entre otras.<\/p>\n

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(a)<\/strong>. Mecanismo ultraplanar construido con tecnolog\u00eda MEMS en Sandia National Laboratories. (b)<\/strong>. Patas de un \u00e1caro sobre los engranajes de un micromotor construido en Sandia National Laboratories. (c)<\/strong>. Detalle de ejes y x de un aceler\u00f3metro capacitivo MEMS de ST Microelectronics.<\/em><\/span><\/p>\n

La historia de los MEMS la podemos resumir en los siguientes hitos. En primer lugar, en 1954, se descubri\u00f3 la existencia de propiedades piezo-resistivas<\/strong> en el silicio y germanio. La piezo-resistividad es el cambio de resistencia el\u00e9ctrica que experimentan algunos materiales cuando se los somete a un esfuerzo o estr\u00e9s mec\u00e1nico de tracci\u00f3n o compresi\u00f3n. Durante d\u00e9cada de los \u201960 se har\u00e1n las primeras demostraciones de sensores de presi\u00f3n y aceleraci\u00f3n, ambos construidos con silicio. En 1977, a diferencia del sensor presentado a\u00f1os atr\u00e1s, que se apoyaba la citada piezo-resistividad, se mostrar\u00e1 un sensor de presi\u00f3n basado en la variaci\u00f3n de capacidad<\/strong>. En 1988 se presentar\u00e1n los primeros prototipos de (micro) m\u00e1quinas rotativas<\/strong> construidas con esta tecnolog\u00eda. Por \u00faltimo, al principio de la d\u00e9cada de los \u201990, Analog Devices<\/strong> pone a la venta el primer aceler\u00f3metro capacitivo de un eje con tecnolog\u00eda MEMS: el ADXL50<\/strong>.<\/p>\n

Pod\u00f3metro y calidad del sue\u00f1o<\/strong>
\nEn el caso del clip Fitbit One, para el medir el n\u00famero de pasos<\/a>, el citado microcontrolador STM32L realiza un promediado de los datos procedentes del sensor aceler\u00f3metro capacitivo MEMS C3H de tres ejes<\/strong> con el fin de identificar y eliminar aquellas muestras que, por su valor, exceden los valores normales de funcionamiento. Tras esta \u201climpieza\u201d de las se\u00f1ales le\u00eddas en cada eje, los pasos del usuario se corresponder\u00e1n con la repetici\u00f3n peri\u00f3dica de ciertos valores que destacan entre el resto. Sin abandonar este microcontrolador, tras reconocer los eventos asociados a un paso, se llevar\u00e1 la cuenta de estos y se realizar\u00e1n los c\u00e1lculos matem\u00e1ticos para deducir, entre otros, la distancia recorrida, velocidad y calor\u00edas quemadas. Por \u00faltimo, guardar\u00e1 todos estos datos en una memoria pudiendo ser presentados en un display para ser consultados por el usuario o, enviados por radio bluetooth<\/strong> al Smartphone<\/strong> y de ah\u00ed a la nube de Google<\/strong> en el caso de un dispositivo Fitbit. Y vuelta a empezar.<\/p>\n

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Otra capacidad que se ha vuelto muy popular entre algunos usuarios de Wearables es la \u201cmedida\u201d de la calidad del sue\u00f1o. Como sab\u00e9is, gran parte de la poblaci\u00f3n dormimos menos de lo que necesitamos y esto, lamentablemente, se puede manifestar en nuestra salud f\u00edsica y mental. Esta necesidad por conocer la calidad de nuestro descanso ha llevado a los fabricantes de Wearables a implementar algoritmos con los que registrar los movimientos de nuestro cuerpo mientras dormimos. Es bien conocido que durante este periodo de descanso se producen varias etapas y que el sue\u00f1o reparador o, de m\u00e1s calidad, se desarrolla durante las fases III, IV o Delta<\/strong> y V REM (Rapid Eye Movement)<\/strong>. Durante estas etapas, nuestra actividad motora va cesando hasta permanecer inm\u00f3viles. La duraci\u00f3n de estos periodos de reposo son los que registran los Wearables. Es decir, al contrario que con los pasos, en la medida de calidad del sue\u00f1o se lleva un control del tiempo en la que aceler\u00f3metro apenas registra movimientos.<\/p>\n

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Medici\u00f3n de escalones subidos<\/strong>
\nEn el clip Fitbit One tambi\u00e9n se identifica el sensor de presi\u00f3n barom\u00e9trica<\/strong> MS5607<\/strong> de MEAS Switzerland<\/strong>. Gracias a este sensor de tecnolog\u00eda MEMS, este Wearable lleva la cuenta de los escalones que subimos a\u00f1adiendo as\u00ed m\u00e1s riqueza a los datos que describen nuestra actividad.<\/p>\n

El MS5607 basa su funcionamiento en el efecto piezo-resistivo y, a trav\u00e9s de \u00e9ste, es capaz de medir la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica en un rango que va desde los 10 a 1200 mbar (milibares). No olvidemos que, a nivel del mar, la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica es de 1013 milibares y que, a medida que aumenta la altura, la presi\u00f3n disminuye en, aproximadamente, 1 mbar por cada 9 metros, o 110 mbar por cada 1.000 metros. No obstante, como deducir\u00e9is, la Fitbit One no pretende ser un bar\u00f3metro y se apoya en la precisi\u00f3n de 20cm que ofrece el MS5607 para identificar los incrementos de altura que se producen cuando subimos las escaleras. Por \u00faltimo, al estar calibrado por MEAS durante el proceso de fabricaci\u00f3n, este sensor entregar\u00e1 al microcontrolador STM32L sus lecturas listas para ser empleadas a trav\u00e9s de un bus I2C o SPI y solo ser\u00e1 necesario hacer -en el microcontrolador- la conversi\u00f3n de milibares a metros de altitud y cruzar estos datos incrementales con los que est\u00e1 registrando el aceler\u00f3metro en el movimiento que hace nuestro cuerpo mientras subimos la escalera.<\/p>\n

Frecuencia card\u00edaca y ox\u00edgeno en sangre<\/strong>
\nEn el texto dedicado al puls\u00f3metro<\/a> vimos c\u00f3mo es posible conocer la frecuencia card\u00edaca a trav\u00e9s de unos electrodos con los que se registra -en la superficie de nuestro pecho- los impulsos el\u00e9ctricos que estimulan cada latido. Aunque esta t\u00e9cnica ha demostrado su efectividad y es usada por algunos deportistas, presenta ciertos inconvenientes como la colocaci\u00f3n apropiada del sensor y su incomodidad<\/a>. Estas dificultades son la consecuencia de que su uso no est\u00e9 extendido m\u00e1s all\u00e1 del c\u00edrculo deportivo, siendo inviable en el d\u00eda a d\u00eda de una persona. Por este motivo, desde hace algunos a\u00f1os, ciertos Wearables emplean para este prop\u00f3sito la fotopletismograf\u00eda (PPG)<\/strong> que es, como todos sab\u00e9is, la aproximaci\u00f3n usada en fines m\u00e9dicos para la medici\u00f3n del nivel de saturaci\u00f3n de ox\u00edgeno en sangre <\/strong>(SpO2)<\/strong>.<\/p>\n

Sin ser un entendido en fisiolog\u00eda, dir\u00e9 que la fotopletismograf\u00eda se apoya en la medida del cambio de volumen del flujo sangu\u00edneo durante la actividad card\u00edaca. Este cambio de volumen, que coincide con los latidos del coraz\u00f3n, tambi\u00e9n coincide con cambios en la coloraci\u00f3n de la hemoglobina mientras \u00e9sta transporta ox\u00edgeno confiriendo a la sangre ese color rojo intenso y, en cambio, un color rojo oscuro cuando porta di\u00f3xido de carbono.<\/p>\n

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Como dec\u00edamos anteriormente, esta t\u00e9cnica de medida se viene utilizando en el mundo m\u00e9dico desde finales de los \u201980 y, en los \u00faltimos a\u00f1os, est\u00e1 disponible en medidores de uso personal para comprobar la saturaci\u00f3n de ox\u00edgeno en sangre y el pulso card\u00edaco: son los conocidos ox\u00edmetros y puls\u00edmetros que se colocan en el dedo. Si analizamos uno de estos dispositivos observaremos que, en la parte que toca con la yema del dedo, se identifica un receptor de luz mientras que, en el lado contrario, hay una fuente de luz de tonos rojos. Mas concretamente, el ox\u00edmetro emite dos fuentes de luz: en la regi\u00f3n infrarroja con un LED de 940nm y con otro LED rojo a 660nm, ambas lambdas tienen un grado de absorci\u00f3n diferente en funci\u00f3n del contenido de ox\u00edgeno en la sangre. Es decir, se produce una transmisi\u00f3n luminosa a trav\u00e9s del dedo y, a continuaci\u00f3n, se mide la se\u00f1al recibida para deducir el nivel de ox\u00edgeno e identificar una pulsaci\u00f3n.<\/p>\n

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El primer Wearable donde se traslad\u00f3 el principio de funcionamiento descrito a un formato pulsera fue en el Mio LINK (2014)<\/strong>. En este dispositivo los elementos de emisi\u00f3n \u00f3ptica y de lectura se encuentran adyacentes y, en lugar transmitir luz a trav\u00e9s del dedo, se registra la reflexi\u00f3n de est\u00e1 a trav\u00e9s del interior de la mu\u00f1eca. Adem\u00e1s, en vez de trabajar con fuentes de luz roja e infrarroja, se emplea un LED de color verde junto con un sensor \u00f3ptico.<\/p>\n

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La t\u00e9cnica fotopletismogr\u00e1fica, tal y como se aplica en la mayor\u00eda de los Wareables, no est\u00e1 exenta de lecturas imprecisas y funcionamientos an\u00f3malos producto de la inadecuada colocaci\u00f3n de la pulsera y el ajuste de esta, el movimiento de la mu\u00f1eca, la pigmentaci\u00f3n de la piel y sudoraci\u00f3n de cada individuo o la temperatura de sus extremidades. Otro aspecto que hace inadecuada esta t\u00e9cnica es la existencia de una patolog\u00eda previa asociada a niveles bajos de hemoglobina. Por \u00faltimo, como se ha comentado, la PPG lleva tiempo facilitando al personal sanitario informaci\u00f3n fiable sobre el SpO2 y el pulso de un paciente, pero no ha demostrado ser totalmente efectiva en la medici\u00f3n de otros niveles, y es aqu\u00ed donde la mayor\u00eda de los fabricantes est\u00e1n intentando desarrollar algoritmos m\u00e1s capaces y precisos para sus Wearables.<\/p>\n

Hacia la completa monitorizaci\u00f3n de la informaci\u00f3n biom\u00e9trica<\/strong>
\nComo pod\u00e9is comprobar estamos asistiendo a una evoluci\u00f3n tecnol\u00f3gica que intenta condensar en gadgets<\/em> -de bajo coste- parte de la experiencia tecnol\u00f3gica del mundo m\u00e9dico. El objetivo no es otro que llegar a conocer, de manera fiable y no invasiva, las constantes vitales y ciertos marcadores de un individuo. En este sentido hay que recordar la capacidad que ya se tiene, a partir del Apple Watch 4 (2018)<\/strong>, de hacer un sencillo electrocardiograma a trav\u00e9s del electrodo existente en la corona de este reloj, o los planes declarados de esta compa\u00f1\u00eda de ir incorporando nuevos sensores a su familia de relojes inteligentes para conocer, por ejemplo, el nivel de glucosa en sangre junto a otras capacidades de inteligencia artificial -desde su Cloud- para ayudar en la interpretaci\u00f3n y seguimiento de los datos biom\u00e9tricos de un usuario.<\/p>\n

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Lamentablemente, esta r\u00e1pida evoluci\u00f3n tambi\u00e9n genera confusi\u00f3n entre los usuarios cuando se nos ofrecen ciertas capacidades a trav\u00e9s de la contrataci\u00f3n de servicios Premium<\/em> o se escribe, por ejemplo, sobre los peligros de la apnea del sue\u00f1o y el an\u00e1lisis de los ronquidos<\/strong> que pueden hacer los relojes Fitbit Versa 3 (2020)<\/strong> y Fitbit Sense (2021)<\/strong>, o el registro del estr\u00e9s y el estado de \u00e1nimo<\/strong><\/a> que, supuestamente, hace el Fitbit Sense 2 (2022)<\/strong>\u2026<\/p>\n

Colecci\u00f3n<\/a> | Actividad f\u00edsica y pod\u00f3metro (1)<\/a> | Puls\u00f3metro y posici\u00f3n GPS (2)<\/a><\/p>\n

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Adolfo Garc\u00eda Yag\u00fce | En estas l\u00edneas comentaremos como el uso de sensores \u00f3pticos, junto a otros de tecnolog\u00eda MEMS (Microelectromechanical Systems) y el empleo de microcontroladores, est\u00e1 permitiendo el desarrollo de una nueva generaci\u00f3n de productos conocidos como Wearables (por aquello de que van entre nuestra indumentaria) especializados en recoger datos biom\u00e9tricos y de […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[512,639,274],"tags":[820,819,825,822,823,821,806,811,826,824],"class_list":["post-4673","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-analisis-de-datos","category-coleccion","category-m2m-sensores-internet-de-las-cosas","tag-apple-watch","tag-fitbit","tag-fotopletismografia","tag-mcu","tag-mems","tag-microcontrolador","tag-podometro","tag-pulsometro","tag-spo2","tag-wearable"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/4673","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=4673"}],"version-history":[{"count":26,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/4673\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4739,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/4673\/revisions\/4739"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=4673"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=4673"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ccapitalia.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=4673"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}