Quando pensamos em tecnologia vestível, nossas mentes tendem a correr em direção a dispositivos do tipo relógio. No entanto, existem muitos outros dispositivos tecnológicos que se encaixam na “conta vestível”.
Traduzido por Newton C. Braga com autorização da Mouser Electronics
No passado, a tecnologia era usada para proteger as pessoas, aprimorar as habilidades sensoriais e superar deficiências. Dispositivos recém-introduzidos estão expandindo o escopo de aprimoramentos humanos, saúde e bem-estar. A onda mais recente de tecnologias vestíveis envolve manutenção da saúde e acesso à informação; quanto ao futuro, iremos além do mero monitoramento médico e em direção ao aumento humano.
Vamos explorar fazendo uma breve caminhada pelos primeiros dias dos vestíveis ou wearables.
Primeiros wearables
Embora muitos dos wearables de hoje busquem estilo e conforto na forma de relógios, anéis, pingentes, pulseiras e implantes, iterações anteriores (muito, muito antigas) não colocaram conforto e conveniência como o fator principal na tecnologia que os humanos usam. Há muitos anos, o capacete de soldado era considerado um dispositivo de alta tecnologia que, pela primeira vez, permitia que os soldados sobrevivessem a golpes na cabeça que, de outra forma, incapacitariam um soldado desprotegido. Até os óculos já foram os vestíveis da época, melhorando a capacidade de aprender e contribuir para a sociedade.
Enquanto armaduras e óculos podem ser pensados como tecnologia vestível passiva, os vestíveis mecanizados também avançaram a sociedade. A tecnologia vestível mecanizada surgiu em 1600 com o nascimento do relógio de bolso, fornecendo à indústria e aos humanos comuns acesso fácil e preciso à medição do tempo. Esse acesso ainda é importante para programação e fabricação. Os processos poderiam ser refinados com mais precisão para qualquer coisa, desde a fundição de metais até o cozimento do pão. O relógio de pulso fez o mesmo para ainda mais pessoas, mas a tecnologia moderna se baseou nesses avanços e levou as tecnologias vestíveis a novos níveis.
Vamos ver até onde chegamos.
Dispositivos vestíveis de hoje
Ao contrário da armadura estática ou da tecnologia mecanizada, os wearables de hoje são eletrônicos. Devido à fabricação generalizada e de baixo custo de dispositivos como microprocessadores e sensores, mais e mais pessoas agora têm acesso fácil e de custo relativamente baixo aos benefícios desses dispositivos.
Muitos desses dispositivos vestíveis são usados para saúde e boa forma. No entanto, outros podem fornecer acesso contínuo à tecnologia da informação e comunicações. Ambos os usos são ativamente comercializados, e os relógios de pulso, antes mecanizados, tornaram-se esteticamente mais atraentes por meio de telas e telas sensíveis ao toque modernas.
Os relógios que ficaram famosos pelos principais fabricantes de eletrônicos fornecem exibições fáceis de ler e personalizáveis de hora, data, alertas de calendário e alertas de mensagens, juntamente com áudio e vídeo. À medida que a tecnologia melhora, os dispositivos vestíveis afetarão significativamente a forma como interagimos com as máquinas. Mas, para a maioria, a saúde ainda é o fator determinante.
Monitoramento de saúde e condicionamento físico
Os avanços do acelerômetro estão impulsionando principalmente os dispositivos de monitoramento de saúde e condicionamento físico. Contadores de passos usam acelerômetros para rastrear passos. Eles também são implementados em relógios, pulseiras, pingentes, anéis e todos os outros acessórios que podemos imaginar hoje.
Embora os anéis tradicionalmente não ofereçam tanta funcionalidade quanto relógios e pulseiras, as comunicações sem fio permitem que eles monitorem o índice de perfusão (como o sangue circula), frequência cardíaca, variabilidade da frequência cardíaca, tempos e níveis de sono, níveis de oxigênio no sangue e até estresse ( Figura 1). Com um acelerômetro integrado, eles também podem ser usados como contadores de passos.
Embora sejam uma boa indicação de movimento, os contadores de passos não são precisos em relação à intensidade do exercício e às calorias queimadas. Um contador de passos contará passos, mas não diferenciará caminhar ou correr em uma superfície plana em oposição a escadas, ladeiras e inclinações. Quando combinado com a tecnologia GPS, esse problema de precisão pode ser superado, mas o GPS moderno ainda não é preciso o suficiente para detectar a altitude com qualquer grau de certeza.
Smartwatches e fitbands são os mais usados. As pulseiras de ajuste não têm exibições ou são limitadas, contam passos, rastreiam calorias, medem padrões de sono e medem frequência cardíaca, pressão arterial e resistência da pele (suor, estresse e níveis de esforço). Mas também existem alguns benefícios do sono para esses wearables.
Os padrões de sono são a função de monitoramento mais importante para muitas pessoas, especialmente aquelas com apneia do sono. Links para problemas cardíacos e problemas de saúde foram atribuídos à apneia do sono e, pela primeira vez, as pessoas podem monitorar e rastrear padrões de sono sem as dispendiosas e inconvenientes instalações de estudo do sono. O monitoramento do sono também pode ser crítico para bebês, pois um dispositivo de pulso pode detectar se o bebê para de respirar. A Síndrome da Morte Súbita Infantil (SIDS) pode ser eliminada com o uso desta tecnologia.
Outra aplicação útil de rastreadores de fitness baseados em acelerômetro é medir quando e se alguém caiu. Isto é particularmente importante com os idosos e com uma população em envelhecimento. Embora os botões sem fio mais antigos que podem ser ativados após uma queda tenham salvado muitas vidas, se alguém estiver inconsciente, eles não alertarão ninguém. No entanto, as comunicações sem fio entre relógios, pingentes, anéis e até mesmo dispositivos vestíveis de bolso podem alertar os contatos de emergência quando ocorre uma queda. A mesma tecnologia pode ser usada para detectar se alguém está em um acidente de carro.
Relacionado a isso está a capacidade de rastrear pacientes errantes com Alzheimer ou outras formas de demência. O movimento de registro dentro de um prédio como uma instalação de vida assistida pode alertar a equipe quando alguém com deficiência mental está em um local onde não deveria estar, pelo menos sem supervisão. Isso pode ser ainda mais importante quando uma pessoa com deficiência mental entra em uma escada que não é atravessada com tanta frequência quanto outros corredores ou passagens.
Embora mais caros do que os dispositivos vestíveis de US$ 20 a US$ 100, os dispositivos médicos mais sofisticados também estão posicionados para ajudar a salvar e prolongar vidas. Em vez de apenas monitorar a frequência cardíaca, dispositivos médicos vestíveis têm sido usados para detectar e registrar eventos cardíacos. Esses eventos cardíacos normalmente não acontecem em um consultório médico e muitas vezes são perdidos e não diagnosticados porque as formas de onda precisas de EKG não estão disponíveis. Agora eles são. Com acesso sem fio a redes globais, médicos remotos ou mesmo serviços baseados em nuvem, esses dispositivos podem fazer upload de dados periodicamente ou até mesmo em tempo real para alertar que um incidente está acontecendo.
Os adesivos também podem ser considerados tecnologia médica vestível. Embora, na maioria das vezes, os adesivos distribuam medicamentos a uma taxa predeterminada, a eletrônica ativa incorporada aos adesivos monitora as condições fisiológicas através da pele para controlar a introdução de medicamentos, como o alívio da dor.
A tecnologia de eletroestimulação vestível também é usada há anos. Aqui, eletrodos descartáveis 'peel and stick' podem ser fixados em torno de músculos e áreas doloridas. Pequenos choques elétricos periódicos de superfície podem anular os mecanismos internos de dor mais profundos e proporcionar alívio.
A próxima grande onda será de sensores implantados. Combinada com adesivos inteligentes, relógios vestíveis, anéis, pingentes e pulseiras, a tecnologia implantada pode dispensar medicamentos com mais precisão, conforme necessário. Sensores implantados podem se comunicar com patches ativos que dispensam quantidades precisas de medicação sob comando. Além disso, é muito mais fácil substituir um adesivo do que reabastecer uma bomba de insulina implantada, por exemplo.
Tecnologia vestível subdural e implantável
A maioria das pessoas considera os implantes médicos uma tecnologia mais futurista, mas os dispositivos médicos implantáveis existem há décadas. O primeiro marcapasso foi implantado em 1958 e, desde então, a tecnologia melhorou constantemente, incluindo desfibriladores que podem reiniciar o coração.
Tal como acontece com os sensores vestíveis, os sensores implantados têm aumentado constantemente em popularidade. A moderna tecnologia de sensores implantáveis pode monitorar os níveis de açúcar no sangue, regeneração de tecidos e ossos, hipertensão, arritmias, estimulação nervosa (como implantes cocleares e lentes intraoculares) e até mesmo administrar insulina, contraceptivos intrauterinos e outros medicamentos conforme necessário.
Embora dispositivos como bombas de insulina e marca-passos sejam inseridos cirurgicamente, novas tecnologias tornam possíveis os dispositivos médicos implantáveis injetáveis. Esses sensores injetáveis podem se comunicar sem fio fora do corpo. Uma tecnologia chamada Quantum Dots pode até armazenar informações médicas pessoais.
Um grande mercado para esses sensores injetáveis está no monitoramento de dispositivos protéticos para melhorar o controle mioelétrico funcional. Espera-se que as neuropróteses motoras aumentem à medida que o joelho, quadril e outras articulações de substituição se tornem mais difundidas (Figura 2). Sensores de feedback detectam ângulos articulares, pressões de contato com a pele e tensão tecidual. As topologias multiponto estão se tornando a tecnologia dominante para isso, pois as topologias em estrela com fio estão sendo descontinuadas. Isso investiga a biônica, que pode aumentar a força e os reflexos humanos normais.
Sensores de química cerebral e hormonal implantados também estão surgindo para ajudar aqueles com problemas mentais a permanecerem medicados. É possível que quem para de tomar os remédios fique mais agitado e violento. A dispensação automatizada de medicamentos reduz o número de pessoas mentalmente instáveis.
Os implantes também estão sendo usados para aplicações não médicas. Por exemplo, as pessoas têm implantado tecnologias RFID sob a pele. A tecnologia RFID, como a geração II, pode operar totalmente a partir de energia de RF fornecida por um leitor externo, permitindo o armazenamento não volátil de informações que podem ser usadas como alertas médicos. Ou até mesmo para destravar seus carros e casas.
Implantes cerebrais superam deficiências
Os implantes cerebrais, também chamados de implantes neurais, conectam-se diretamente ao cérebro e a outras células nervosas e podem ser usados para várias aplicações (Figura 3). Algumas delas são benéficas, como aliviar as condições da doença de Parkinson ou a estimulação do nervo vago para ajudar a controlar a digestão e a frequência cardíaca.
Vários desses tipos de implantes médicos ajudaram um número incontável de pessoas com deficiência auditiva ou visual. Houve até casos em que a tecnologia de circuito integrado foi implantada com sucesso para permitir que aqueles que são daltônicos vejam e diferenciem as cores.
A gama de órgãos sensoriais humanos também pode ser ampliada usando esses tipos de implantes. Por exemplo, agora é possível estender o campo de visão para os espectros infravermelho e ultravioleta. Os implantes auditivos também podem estender o alcance da audição e aplicar filtros específicos que permitem que as pessoas com implantes ouçam coisas que as pessoas comuns não conseguem ouvir. Isso também pode ser feito usando aparelhos auditivos vestíveis.
Mais recentemente, implantes mais sofisticados demonstraram a capacidade de usar computadores e compor texto a partir da decodificação de ondas cerebrais. Essas tecnologias podem mudar a vida, pois membros e articulações artificiais motorizados podem ser controlados usando padrões de pensamento, permitindo que amputados vivam vidas mais tradicionais e sem assistência.
E, com o advento de processadores de IA implantáveis que podem aprender padrões complexos de disparo cerebral, é possível se comunicar com membros protéticos e biônicos pensando em formas e cores. A visualização de um triângulo amarelo, por exemplo, pode comandar o movimento de um braço protético.
Conclusões
Em menos de 60 anos, passamos de uma grande tecnologia inserida cirurgicamente para uma tecnologia subdural e injetável para monitoramento e administração médica. Essas inovações não apenas salvaram e prolongaram vidas, mas também melhoraram a qualidade de vida e possibilitaram que cuidadores e médicos cuidassem de mais pessoas com custos reduzidos.
O tamanho reduzido dos circuitos integrados, aliado a tecnologias de semicondutores de menor potência, tem permitido o uso e implantação de tecnologias mais sofisticadas e seguras. Embora não tenhamos discutido roupas como tecnologia vestível, as roupas também podem beneficiar a população, mas elas vêm com outros desafios, como sobreviver à lavagem e secagem.
Olhando para o futuro, espere ver dispositivos vestíveis e injetáveis mais ativos. Os adesivos inteligentes simplificarão a distribuição automatizada de medicamentos, especialmente quando acoplados a sensores implantados. À medida que os sensores químicos avançam, a superação de deficiências mentais pode até ajudar a conter as tendências violentas daqueles que cometem atos violentos. Combine isso com RFID para identificar e verificar, talvez possamos reduzir o roubo de identidade também. Falamos muito sobre os benefícios médicos dos wearables, mas uma vez que nos tornamos parte da máquina, as possibilidades são ilimitadas.
Biografia do autor
Jon Gabay é um escritor colaborador da Mouser Electronics. Jon Gabay é um cientista louco sem hostilidade. Ele não quer governar ou explodir o mundo. Ele quer torná-lo um lugar melhor. Estudando engenharia elétrica, ele trabalhou com empresas de defesa, comerciais, industriais, de consumo, energia e médicas como engenheiro de projeto, codificador de firmware, designer de sistema, cientista de pesquisa e desenvolvedor de produto. Como pesquisador e inventor de energia alternativa, ele esteve envolvido com tecnologia de automação desde que fundou e dirigiu a Dedicated Devices Corp. até 2004. Desde então, ele tem feito pesquisa e desenvolvimento, escrito artigos e desenvolvido "Gizmo Blocks" para as próximas gerações de engenheiros e estudantes.
