Menghidupkan perangkat medis yang dioperasikan dengan baterai dengan andal

Perangkat yang dioperasikan dengan baterai dan terhubung secara nirkabel menjadi semakin meluas di masyarakat saat ini. Didorong oleh kemajuan teknologi nirkabel dan baterai, ditambah dengan menyusutnya komponen elektronik yang mengkonsumsi lebih sedikit daya dan layanan berbasis cloud yang siap untuk mengumpulkan, menganalisis, dan menyebarkan data, perangkat ini umumnya ditemukan di perangkat konsumen, medis, dan perangkat yang dapat dikenakan serta dalam aplikasi komersial dan industri.

Baik perangkat tersebut adalah monitor glukosa kontinu (CGM), perangkat medis yang dapat dicerna atau ditanamkan, atau perangkat rumah pintar, pelacak aset, atau monitor lingkungan, semuanya memiliki persyaratan umum yang sama yaitu ukuran kecil, masa pakai yang lama, keandalan, dan kemudahan menggunakan. Salah satu masalah utama yang dihadapi desainer produk ini adalah menyalakan perangkat saat dibutuhkan.

Menghidupkan perangkat IoT hanya saat dibutuhkan (atau mematikannya sebelum digunakan) sangat penting karena desainer ingin menggunakan baterai sekecil mungkin dengan biaya serendah mungkin. Karena alasan ini, memperpanjang masa pakai baterai selalu menjadi tujuan desain; pengurasan baterai harus diminimalkan selama penggunaan serta sebelum dihidupkan.

Salah satu contoh populer adalah CGM yang diresepkan untuk diabetes Tipe 1 atau Tipe 2. Perangkat ini menempel pada tubuh pasien, terus memantau kadar glukosanya. Data yang dihasilkan ditransmisikan secara nirkabel ke pasien, dokter, dan/atau pompa insulin. CGM harus sangat kecil, “tahan air”, dan mudah dipasang, serta memiliki masa pakai yang cukup lama sebelum kehabisan daya baterai.

Ada tiga opsi dasar untuk menyalakan perangkat ini pada titik penggunaan atau penerapan. Untuk setiap opsi ini, variabel penting yang perlu dipertimbangkan adalah pengurasan arus baterai, ukuran, perlindungan masuknya air, dan kemudahan penggunaan.

Gambar 1:Sensor magnetik TMR menawarkan konsumsi daya hampir nol dalam ukuran paket ultra-miniatur, dan kemampuan "menghidupkan" nirsentuh mendorong kemudahan penggunaan.

Opsi "hidupkan" pertama adalah elektromekanis, atau "sakelar" yang umum. Opsi ini adalah cara untuk menyalakan sebagian besar perangkat elektronik yang dioperasikan dengan baterai seperti laptop dan telepon. Meskipun sakelar datang dalam berbagai bentuk, (misalnya, tombol tekan, penggeser, atau sakelar) sakelar itu beroperasi dengan prinsip yang sama untuk membuka dan menutup kontak mekanis untuk memungkinkan arus mengalir (saat ditutup) atau sepenuhnya mencegahnya mengalir (saat terbuka).

Berkenaan dengan pertimbangan pertama aliran arus , saklar elektromekanis sangat efisien karena merupakan perangkat pasif yang tidak mengkonsumsi daya. Namun, dalam hal ukuran, sakelar mekanis adalah pilihan yang buruk, terutama mengingat batasan ukuran dari banyak perangkat medis yang dapat dipakai, dicerna, dan dapat diimplan serta perangkat IoT kecil lainnya.

Dalam hal perlindungan masuknya (atau kebutuhan untuk memiliki perangkat yang kedap air dan kelembaban), sakelar mekanis bukanlah pilihan terbaik, karena merancang sakelar yang dapat dipindahkan secara mekanis oleh pengguna ke posisi on/off sambil mempertahankan impermeabilitas. menantang.

Terakhir, pertimbangan keramahan pengguna, atau kemudahan penggunaan, dinilai buruk dengan sakelar mekanis karena dua alasan. Pertama, karena pengguna harus benar-benar mengambil langkah ini (dan banyak yang perlu diinstruksikan untuk melakukannya), persyaratan untuk banyak perangkat adalah "pengaktifan yang siap pakai" — konflik yang jelas dengan sakelar yang dioperasikan secara manual. Kedua, sakelar mekanis yang sangat kecil, yang diperlukan oleh perangkat yang sangat kecil, dapat menimbulkan masalah bagi kemampuan pengguna untuk benar-benar memindahkan sakelar ke posisi hidup, sehingga mengurangi kegunaan. Jadi, secara ringkas, sakelar mekanis mendapat skor tinggi dalam hal konsumsi saat ini tetapi sangat rendah dibandingkan dengan perlindungan masuknya, ukuran, dan kemudahan penggunaan.

Pengaktifan nirkabel adalah opsi kedua untuk dianalisis. Karena perangkat sudah memiliki kemampuan nirkabel untuk mengirimkan data, desainer secara teknis dapat menggunakan kemampuan nirkabel yang sama untuk menyalakan perangkat dari aplikasi ponsel.

Dari sudut pandang perlindungan masuknya, menyalakan secara nirkabel dinilai sangat tinggi. Dan dari sudut pandang ukuran, menyalakan secara nirkabel juga bernilai tinggi, karena tidak ada lagi yang dapat ditambahkan ke perangkat untuk fungsi ini.

Namun, dari sudut pandang pengurasan saat ini, skor penyalaan nirkabel sangat rendah karena penerima nirkabel di dalam perangkat harus dihidupkan untuk menerima sinyal untuk dihidupkan. Untuk alasan ini saja, penyalaan nirkabel jarang digunakan untuk perangkat yang memiliki persyaratan masa pakai baterai yang ketat.

Gambar 2:Perbandingan teknologi

Opsi ketiga adalah penggunaan sensor magnetik di dalam perangkat untuk memulai fungsi penyalaan. Dalam hal ini, medan magnet diterapkan ke sensor untuk memicu daya. Medan magnet biasanya dihasilkan oleh magnet yang terletak di dalam kemasan produk atau di komponen tambahan perangkat (seperti aplikator untuk CGM). Medan magnet juga dapat diterapkan oleh pengguna yang menggesek perangkat dengan magnet genggam.

Nilai penginderaan magnetik sangat tinggi untuk perlindungan masuknya (karena ini adalah metode "tanpa kontak"). Penginderaan magnetik juga mendapat skor yang sangat tinggi dalam kemudahan penggunaan — terutama ketika magnet dapat disematkan dalam kemasan perangkat (memungkinkan “pengaktifan langsung”) atau dalam komponen tambahan pada perangkat (misalnya, aplikator ). Terkadang perangkat itu sendiri dirancang sebagai dua komponen yang harus dihubungkan bersama pada saat penerapan.

Dalam hal pengurasan dan ukuran arus, keinginan penginderaan magnetik sepenuhnya bergantung pada teknologi penginderaan magnetik. Jenis teknologi penginderaan magnet yang lebih lama dan lebih tradisional berukuran kecil namun konsumsi dayanya tinggi (Hall-effect) atau berukuran besar dengan konsumsi daya nol (sakelar buluh).

Namun, banyak perangkat baru dirancang dengan teknologi penginderaan magnet yang lebih baru yang disebut tunneling magnetoresistive (TMR), yang menawarkan ukuran yang sangat kecil (sekecil LGA-4) dan konsumsi daya yang sangat rendah, mirip dengan saklar buluh. Akibatnya, sensor magnetik TMR menawarkan "yang terbaik dari kedua dunia".

Dengan gencarnya perangkat baru saat ini yang dirancang untuk membuat hidup lebih mudah, lebih aman, tanpa kontak, dan/atau dapat dioperasikan dari jarak jauh, perancang elektronik harus mengadopsi teknologi baru untuk mengikuti perkembangan kebutuhan perangkat yang dapat dipakai yang dioperasikan dengan baterai, perangkat implan, perangkat yang dapat dicerna, dan perangkat IoT lainnya. Dalam hal kemampuan terbaik dibandingkan dengan ukuran kecil, konsumsi daya yang lebih rendah, perlindungan masuknya air, dan kemudahan penggunaan, sensor magnetik — dan teknologi sensor TMR, khususnya — membantu membuat desain yang “tidak mungkin” menjadi mungkin.