Dispositivi indossabili intelligenti che non richiedono alcuna ricarica delle batterie
Orologi e rilevatori della forma fisica intelligenti sono già ampiamente disponibili, ma lo sviluppo di altri dispositivi indossabili in grado di comunicare in modalità wireless che richiedano l’utilizzo di dati in tempo reale, ad esempio nel settore dell’assistenza sanitaria e in ambito sportivo, potrebbe essere limitato dalla durata delle batterie. «L’approvvigionamento energetico rappresenta probabilmente la maggiore sfida per i dispositivi indossabili, tra i vari ostacoli tecnologici esistenti», spiega Matthias Fahland, coordinatore del progetto Smart2Go e caporeparto presso il Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology a Dresda, in Germania. Una piattaforma autonoma di approvvigionamento energetico elimina la necessità di ricaricare le batterie. «Il progetto ha sviluppato un’unità di stoccaggio dell’energia che è in sostanza una batteria agli ioni di litio sotto forma di striscia ultrasottile, pieghevole e leggera in grado di adattarsi alla forma e ai requisiti del prodotto indossabile in questione», afferma. La piattaforma è connessa a un dispositivo di raccolta dell’energia e a supercondensatori di stoccaggio energetico attraverso interfacce, connettori e sensori specifici, come ad esempio sensori piezoelettrici che misurano le variazioni di pressione, accelerazione e temperatura oppure sensori e tecnologie basati sulla luce. «Comprende inoltre un’unità di comunicazione che consente agli utenti di monitorare non solo il flusso di energia, ma anche qualsiasi dato collegato all’applicazione», aggiunge.
Test su varie applicazioni
La piattaforma è stata collaudata con due diversi prodotti in fase di sviluppo presso i partner del consorzio. Uno di questi prodotti era uno sci intelligente sensibile alla pressione in grado di registrare la propria curvatura e flessione mentre scivola sulla neve, un risultato reso possibile dall’impiego di sensori e di altri modi di misurare le variazioni. Ciò ha fornito informazioni sulle prestazioni e la qualità delle curve, offrendo inoltre potenzialità di feedback in tempo reale sullo stato di forma e sull’analisi delle lesioni. La soluzione è stata inoltre collaudata con un giubbotto di sicurezza intelligente che integra tecnologie di illuminazione e di altro tipo da utilizzare in ambienti estremi per quanto concerne, tra le altre condizioni, freddo, neve e pioggia, e infine con uno zaino intelligente per il trasporto di apparecchiature elettroniche che integra celle solari sulla parte superiore e circuiti elettrici al suo interno. Tra le altre potenziali applicazioni figurano dispositivi medici intelligenti come quelli sviluppati nell’ambito dei progetti WEARPLEX e SocketSense, finanziati dall’UE, tracciamento permanente degli animali selvatici, etichette intelligenti per il confezionamento e componenti di macchinari attivi per rilevare i malfunzionamenti in tempo reale.
Una piattaforma flessibile ma standardizzata per diverse applicazioni
Una caratteristica speciale è la standardizzazione delle interfacce, che secondo quanto spiegato da Fahland, consente l’adattamento della piattaforma a diversi prodotti e tipologie di utilizzo. Ciò è stato progettato di proposito, in modo da permettere una facile sostituzione di alcuni elementi al servizio di prodotti di nicchia o nuovi approcci in fase di sviluppo, caratterizzati da un volume di mercato limitato ma al contempo dalla necessità di un approvvigionamento di energia da una fonte mobile che sia sostenibile ed efficace. Questo obiettivo ha tuttavia rappresentato anche una sfida difficile da superare. «La mole di lavoro di ingegneria richiesta per adeguare questa batteria adattativa a nuove applicazioni completamente diverse è stata cospicua», spiega Fahland. Il coordinatore sottolinea che la batteria a striscia non si deve solamente adattare a qualsiasi forma e a diversi tipi di circuiti elettrici, connettori e configurazioni, ma deve inoltre essere collaudata accuratamente in ciascuna applicazione per garantire l’affidabilità.
Tecnologie per dispositivi di raccolta dell’energia
Fahland osserva che è possibile modificare anche la tipologia di raccoglitore dell’energia, o fonte di alimentazione della batteria, incrementando ulteriormente la variabilità della piattaforma. Smart2Go ha utilizzato un dispositivo di raccolta dell’energia di tipo fotovoltaico organico avanzato concepito da un membro del consorzio che era già un produttore consolidato ed è riuscito a migliorare l’efficienza delle celle solari nel corso del progetto, nonché a fabbricare varie tipologie di celle. Una seconda fonte di energia, a una fase di sviluppo precedente, è stata costituita da un dispositivo di raccolta termoelettrico che utilizzava il calore del corpo per alimentare dispositivi a bassa tensione, quali sensori e dispositivi di monitoraggio della temperatura integrati in indumenti e attrezzature. «Il livello di maturità tecnica era più basso all’inizio del progetto. Ciononostante, il partner ha associato con successo un modulo completamente flessibile alla piattaforma», conclude Fahland.
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