Com a crescente utilização da tecnologia eletrônica em contato direto com os seres vivos, incluindo-se animais, plantas e certamente os seres humanos, dispositivos de interfaceamento de microcontroladores com estas criaturas estão se tornando cada vez comuns. Esses shields já podem ser encontrados numa grande quantidade de formatos e características . Neste artigo analisamos alguns tipos com o seu princípio de funcionamento.
Os shields ou interfaces são os circuitos que interligam o mundo digital de um microcontrolador, como o Arduino, com o mundo exterior que tanto pode ser analógico como digital.
Quando tratamos de seres vivos, em sua maioria os sinais de comunicação usados são analógicos. Nossa voz é analógica, os sinais elétricos de nosso corpo são analógicos, as variações da temperatura de nosso corpo são grandezas analógicas.
No nosso artigo Os Sinais Elétricos do Corpo Humano (MA125) analisamos os principais sinais elétricos que podem ser obtidos a partir de nosso corpo, e em outros artigos tratamos de sinais que podem ser obtidos de outros seres vivos. Em especial recomendamos uma breve leitura do artigo FitoBiônica – Comunicação com as Plantas (PN025) que, apesar de ser antigo revela coisas que agora estão sendo usadas pela tecnologia moderna.
Também o artigo que revela a existência de sinais de alguns animais especiais como o Ituí Cavalo é interessante para quem pesquisa (Os Peixes Elétricos – MA062).
Assim, todo aquele que, em um projeto ou numa aplicação pretende trabalhar com microcontroladores interfaceando com o mundo vivo deve contar com uma série de circuitos denominados shields, e que são responsáveis por esta tarefa..
Para aqueles que pretendem entrar no mundo da biônica, entender como funcionam os bioshields é muito importante. Não só garante o correto uso de seu microcontrolador numa aplicação, como a escolha que lhe leve ao desempenho desejado.
Também podem ser incluídos nesta categoria os shields que fornecem informações sobre o meio ambiente. O controle das propriedades do meio ambiente é importante para se garantir a qualidade de vida das criaturas que nele vivem.
Esses shields ambientais associados aos bioshields num projeto microcontrolador formarão o conjunto ideal para uma aplicação biônica complexa. Além disso, se estamos usando bioshields em experimentos que envolvem seres vivos um recurso adicional que monitore o ambiente em que elas se encontram é fundamental.
Empresas como a Mouser Electronics, que trabalham com muitos fabricantes de shields, possui em sua linha de produtos um amplo catálogo de shields que podem ser aplicados em aplicações biológicas. Trataremos de alguns deles neste artigo.
Também trataremos dos sensores biométricos que podem ser usados no desenvolvimento dos shields.
Os sinais dos seres vivos
Basicamente o interfaceamento dos seres vivos com os microcontroladores se faz através de grandezas físicas como tensões, resistências, temperatura, condutividade à luz, etc. (veja artigo indicado)
No entanto, o meio vivo é um meio sensível, e as grandezas envolvidas possuem valores muito baixos. Uma célula nervosa humana gera sinais na faixa de 10 a 100 mV. Estes sinais podem ser usados em aplicações como o eletrocardiograma (ECG), eletroencefatograma (EEG), medidor de batimentos cardíacos e até em interfaces de controle.
Saber trabalhar com esses sinais exige cuidado, dada a interferência de sinais do meio ambiente. Um sensor de batimentos cardíacos que tenha fios longos não devidamente blindados pode captar interferência ambiente que falseará os resultados.
As Interfaces
ESS ou Sensor de Meio Ambiente
A finalidade deste shield é fornecer informações sobre o meio em que vivemos. Nisso incluem-se todas as criaturas vivas. Assim, tais shields normalmente são formados por sensores de umidade relativa, temperatura, qualidade do ar, etc.
Existem diversos shields disponíveis neste tipo. O leitor pode encontra-los navegando no site da Mouser. O nosso descate é para o Sensorion SGPC3 cujo datasheet pode ser acessado através da Mouser em https://www.mouser.com/datasheet/2/682/Sensirion_01142019_S1G300-CA23-02-1522328.pdf
Trata se de uma plataforma para o desenvolvimento de shields e aplicações usando os sensores indicados. Ela trabalha não apenas com Arduino, mas também com plataformas baseadas em Raspberry PI e outras baseadas em Linux.
MyoWare Cable Shield
Este shield da Sparkfun que pode ser obtido através da Mouser Electronics em https://www.mouser.com/new/sparkfun/sparkfun-myoware-shield/ fornece um jaque de 3,5 mm que permite a ligação de um cabo de sensor de 3 eletrodos para monitorar sinais do MyoWare, um sensor muscular ligado a uma pessoa. O dispositivo é ligado a um Arduino para monitorar a atividade muscular de uma pessoa (EMG). O Arduino é o da Advancer Technolies preparado para esta aplicação.
MAX86160 – Sensor de batimentos cardíacos
Este componente da Maxim, disponível na Mouser Electronics com informações adicionais (incluindo datasheet) em https://www.mouser.com/datasheet/2/256/Maxim_08222018_MAX86160_DS-1391978.pdf
Consiste num sensor de batimentos cardíacos que pode ser usados em vestíveis, dispositivos audíveis, smartphones, tablets e equipamentos de ginástica.
Com ele é possível desenvolver shields de comunicação via I2C com microcontroladores e outras aplicações do tipo. O componente vem em invólucro miniatura de 4,3 x 2,8 x 1,45 mm de 18 pinos. O MAX8610 opera com tensão de 1,8 V mais fonte separada de 3,3 V ou 5 V para o LED emissor.
Na figura 3 temos o seu diagrama de blocos simplificado.
No site da Mouser Electronics, digitando as palavras-chave BioSensors or Biometric Sensors o leitor encontrará uma grande quantidade de produtos que permitem desenvolver bioshields para suas aplicações.
