Los rápidos avances tecnológicos han cambiado nuestra manera de vivir y de trabajar; nuestro consumo del entretenimiento y de las noticias, cómo nos comunicamos el uno con el otro y cómo trabajamos y jugamos. Hay más computadoras en el hogar de cada persona que las que había hace 50 años en las más importantes corporaciones, y tenemos más poder de computación y comunicación en nuestros bolsillos (los teléfonos inteligentes) que el que alguien podía tener hace tan solo diez años.
A pesar del cambio, lo que ha permanecido constante con el pasar de las décadas es la preocupación básica que las personas tienen por su propio bienestar y el de sus familias. Y, por lo tanto, no debe sorprender que una de las áreas de más rápido crecimiento de los teléfonos inteligentes sea la salud y el bienestar. Estas aplicaciones se basan en la capacidad de los nuevos sistemas de sensores de recopilar información acerca de nuestras actividades: desde el recuento de pasos y las calorías que se queman hasta la monitorización de la arritmia cardíaca.
Los comienzos
Allá por 2012, Plessey Semiconductors mostró unos de los primeros prototipos de dispositivo portátil de salud personal: un monitor de frecuencia cardíaca en forma de reloj de pulsera (Figura 1). El diseño de referencia detectaba las señales del electrocardiógrafo (ECG) mediante un electrodo de sensor en la parte trasera del dispositivo que estaba en contacto permanente con la muñeca; tocar un segundo electrodo en la parte delantera del dispositivo con un dedo de la mano opuesta le permitía al dispositivo recopilar señales cardíacas.
Figura 1: Demostración de los semiconductores Plessey para su sensor EPIC. (Fuente: Electronic Products)
La demostración se basaba en la tecnología de sensores de la serie PS25x01 EPIC [electric potential integrated circuit (circuito integrado de potencial eléctrico)] de Plessey, desarrollada de manera conjunta con la Universidad de Sussex, Reino Unido. Los sensores son los primeros en medir cambios en un campo eléctrico, de modo muy similar a cómo un magnetómetro detecta cambios en un campo magnético, sin necesidad de contacto físico o resistivo para tomar lecturas. Funciona a temperaturas ambientales normales y opera como un sensor de impedancia de entrada ultraalta mediante el uso de técnicas de respuesta activa, tanto para bajar la capacitancia de entrada efectiva del elemento de detección como para impulsar su resistencia de entrada. De hecho, es un voltímetro casi perfecto, sumamente estable y capaz de medir cambios diminutos en un campo eléctrico, incluso de milivoltios.
Otro sistema de detección relacionado con la salud que involucraba el potencial eléctrico, aunque a nivel mucho más alto, fue presentado por ams en 2012. Un sensor de rayos programable completamente integrado, el ams AS3935 Franklin IC, detecta la proximidad de tormentas eléctricas potencialmente peligrosas mediante la estimación de la distancia hasta el centro de la tormenta, a los fines de que el usuario busque refugio con anticipación (Figura 2).
Figura 2: El sensor de rayos AS3935 Franklin de ams. (Fuente: Electronic Products)
El sensor es, en esencia, un receptor de radio con un algoritmo de rayos integrado que controla el patrón de señales entrantes de los rayos que se acercan, a la vez que descarta cualquier señal falsa debida a alteraciones artificiales. Igual que el dispositivo Plessey, ams imaginó este dispositivo como un reloj de pulsera que pudiera ser llevado por golfistas en las calles del campo de juego, entre otros.
En Sensors Expo de 2014, ROHM/Kionix exhibió un dispositivo portátil fundamental. El dispositivo de demostración está diseñado para transmitir datos mediante una especificación de Bluetooth de baja energía, desde múltiples sensores a dispositivos clave como teléfonos inteligentes y tablets. El diseño integra un sensor de impedancia magnética (magnetic-impedance, MI) de sensibilidad ultraalta, un acelerómetro, un giroscopio, un sensor de presión barométrica, un sensor de proximidad o de luz ambiente (ambient light sensor, ALS) y sensores RGB/UV en una carcasa con forma de llave, compacta y liviana (Figura 3).
Figura 3: Demostración de un dispositivo portátil clave. (Fuente: ROHM)
El complemento sensor permite una variedad de funciones y operaciones. Por ejemplo, puede servir como monitor de actividad, no solo para estimar las calorías quemadas y contar los pasos que se han dado, sino incluso para detectar cuándo la persona que los usa se mueve en un vehículo (p. ej., autobús, tren, auto) o sube y baja escaleras y controlar el tiempo del recorrido. Llevar el dispositivo de manera externa le permitirá al usuario determinar cuánta radiación UV recibe y alertarlo si hubiera peligro de quemadura de sol o riesgo de melanoma.
La muñeca sana de hoy
Si nos adelantamos al año en curso, encontramos que hay una gran cantidad de relojes inteligentes en el mercado. Considere el recientemente presentado Fitbit Surge, así como el Garmin Vivoactive.
El Fitbit Surge contiene un GPS, acelerómetros de 3 ejes, un giroscopio de 3 ejes, una brújula digital, un monitor óptico de frecuencia cardíaca, un altímetro, un sensor de luz ambiente y un motor de vibración. El rastreo de GPS les permite a los usuarios ver la distancia, el ritmo y la elevación recorrida, así como revisar rutas y dividir los tiempos, mientras que el monitor óptico de frecuencia cardíaca PurePulse ofrece medición de la frecuencia cardíaca continua y automática en la zona de la muñeca zonas y también zonas de frecuencia cardíaca simplificadas. Los usuarios pueden controlar los pasos, la distancia recorrida, las calorías quemadas, los pisos que se han subido y los minutos activos, y el dispositivo puede además monitorizar el sueño y establecer una alarma silenciosa de manera automática. El dispositivo portátil puede comunicarse con dispositivos móviles iOS, Android y Windows, así como con una balanza digital separada que registra información sobre el peso.
Figura 4: Fitbit Surge. (Fuente: Fitbit)
Garmin Vivoactive has sido llamado “uno de los mejores para el verdadero estado físico...” debido a su gestión de datos y capacidades de presentación. Además de poder monitorizar actividades de carrera, caminata y bicicleta, su software también evalúa sesiones de golf y natación. Funciona tanto en plataformas móviles como de escritorio, se sincroniza rápidamente y es compatible con Windows móvil. La monitorización de la frecuencia cardíaca es opcional, utilizando ANT de Garmin más los accesorios de sensores, y requiere que los usuarios se coloquen un dispositivo separado sobre el pecho; ANT más el sensor se comunica de manera inalámbrica con el dispositivo de muñeca.
Figura 5: Garmin Vivoactive. (Fuente: The Verge)
La próxima generación
Si bien actualmente el foco está principalmente en los dispositivos que se atan alrededor de la muñeca, se encuentra en desarrollo una nueva generación de sensores flexibles imprimibles. Estos les permitirán a los sensores recopilar de manera directa y continua incluso más tipos de datos.
Por ejemplo, el Centro de investigación de tasa alta de nanofabricación de la Universidad Northeastern ha desarrollado un biosensor múltiple simple y muy sensible que contiene nanotubos de carbono semiconductores de pared única (semiconductor single-walled carbon nanotubes, SWCNTs) impresos sobre un substrato flexible (Figura 6). Las enzimas inmovilizan los SWCNT para la detección de D-glucosa, L-lactato y urea en sudor en tiempo real. La capacidad de poder imprimir estos materiales reduce los costos de fabricación.
Figura 6: Un biosensor flexible, basado en nanotubos de carbono de pared única, creado por los investigadores del Centro de la Universidad Northeastern. (Fuente: Electronic Products)
En la Universidad de California, en el Centro de sensores portátiles de San Diego, un equipo de investigación ha desarrollado un "tatuaje" que se lleva sobre la piel, un dispositivo portátil electroquímico que incluye sensores de electrolitos y metabolitos, una celda de biocombustible y baterías (Figura 7). Los sensores se pueden colocar en los brazos del sujeto para monitorizar los analitos, es decir, los elementos químicos de interés en un procedimiento analítico.
Figura 7: Un "tatuaje" impreso, flexible y expandible de sensores electroquímicos desarrollado por los investigadores del Centro de sensores portátiles de la Universidad de California, San Diego. (Fuente: Electronic Products)
Los continuos avances en los diseños de sensores y el empaquetado harán que un día sea natural que las personas tengan sus indicadores vitales controlados de manera constante y cómoda, siempre y cuando se justifique. El resultado serán que habrá menos preocupaciones acerca de nuestra salud y quizás una vida más larga y placentera.