Nositelné technologie: ochrana elektroniky před vlivy prostředí

„Nositelné“ – výraz spojovaný převážně s oděvním průmyslem je nyní moderní ze zcela jiného důvodu. Možnost zabudovat elektronické funkce používané v každodenním životě do zařízení a doplňků, které lze pohodlně nosit na těle, nás přivádí do éry nositelné elektroniky a nositelných technologií.

O nositelných technologiích se hovoří stále častěji a při tak pestré škále produktů a jejich použití se v roce 2015 očekává v tomto odvětví další výrazný růst. Podle odhadů měl ve Velké Británii trh s nositelnou elektronikou v roce 2014 dosáhnout 300 milionů liber, což byl hned za Německem druhý nejvyšší odhad v Evropě. Vysokým tempem také pokračuje vývoj samotných technologií, takže např. podle prognózy společnosti Gartner bude již v roce 2017 vypadat 30 % nositelných zařízení zcela nenápadně.

Ve všech typech aplikací je technologie navržena tak, abychom byli efektivnější – v podnikání například neustálý vývoj chytrých hodinek umožňuje multitasking, sledování procesů a větší pracovní zapojení i v době, kdy budeme např. cestovat. V osobním životě nám zařízení, jako jsou zdravotní náramky a sledovače pohybu těla, pomohou lépe monitorovat naše každodenní činnosti. Existuje také celá řada nových vývojových trendů v používání nositelných technologií v různých průmyslových odvětvích. Například v módním průmyslu navrhují společnosti jako CuteCircuit interaktivní oblečení, jehož barvu nebo vzor lze ovládat pomocí aplikací chytrého telefonu nebo přes Twitter. Využití této technologie u oblečení se rozšířilo i do reflexních a bezpečnostních prvků, například od společnosti Visijax.

V oboru nositelných technologií jsou klíčovými faktory také analýza a výzkum. Ve sportu existuje zdánlivě bezpočet možností k analýzám a zlepšení vlastního výkonu. Ať už se jedná o použití brýlí Google Glass na podporu výkonnosti ve sportu, k navigaci na trase a odesílání zpráv během tréninku, nebo zapojení mnoha dalších snímacích zařízení, jež mohou například analyzovat techniku, rychlost nebo držení těla, poskytují nositelné technologie příležitost, jak se rozvíjet a zdokonalovat mnohem rychlejším tempem. Také v medicíně využití nositelné elektroniky nabízí nové diagnostické možnosti. Je zřejmé, že množství aplikací, které se v této oblasti mohou vyvinout, je téměř nekonečné.

Technologie, které nositelná zařízení využívají, jsou však již dnes zcela běžné a jen se upravují pro použití v nových aplikacích. Tak například pro zajištění přenosu dat se tato zařízení obvykle připojují k chytrému telefonu nebo počítači. V důsledku toho mají nositelná zařízení bezdrátové nebo Bluetooth připojení, případně i GPS. Kromě toho mohou nositelné technologie v celé řadě aplikací používat snímače pro detekci různých změn (odvíjejících se od povahy snímače) a poskytovat výstup, který může být dále přenášen do samostatného přijímače.

Nejde jen o to vytvořit vlastní návrh funkčního zařízení, ale především o způsob, jakým bude nositelná technologie použita, tedy zejména o prostředí, v němž se dané zařízení bude smět používat. Bude-li například teplotní čidlo umístěno na statickém zařízení, bude muset vydržet teploty v určitém prostředí, včetně případných teplotních výkyvů nebo cyklických změn, k nimž zde může docházet. U teplotního čidla v nositelném zařízení je nutné zvážit také fyzické interakce; zařízení se bude pohybovat, nosit, může se do něj narážet, může se ohýbat a případně může být vystaveno celé řadě dalších vlivů, například vodě nebo chemikáliím. Je proto nezbytné, aby tato zařízení byla odpovídajícím způsobem chráněna, aby byl zajištěn jejich spolehlivý výkon při použití v požadovaném prostředí.

Ochranu lze zajistit například ve formě zalévacích pryskyřic nebo konformních povlaků. Vzhledem k rozmanitosti možných aplikací nemusí být snadné vybrat nejvhodnější ochranný lak. Jak již bylo řečeno, nositelná zařízení budou pravděpodobně používat nějaký druh spojení, ať už přímo do jiného zařízení nebo systému či prostřednictvím snímače, k zaznamenávání změn v nasbíraných informacích. Toto připojení k dalším zařízením bude využívat rádiových vln, a proto musí použitý ochranný lak umožňovat přenos RF signálů bez jakéhokoli rušení. V souvislosti s tímto požadavkem je třeba zvážit okolní podmínky a celkové použití zařízení za účelem vytvoření kompletní představy o jeho životnosti.

Chcete-li lépe pochopit pravděpodobné provozní vlastnosti a zjednodušit tak proces výběru ochranných materiálů, je možné čerpat ze zkušeností z jiných průmyslových odvětví a technologií. Pokud se například zamyslíme nad nositelným zařízením, které by mohl nosit plavec k monitorování srdečního tepu a celkového zdravotního stavu při pohybu v bazénu, je ihned zřejmé, že toto zařízení musí být funkční i při ponoření do vody. Změny teploty budou sice minimální, avšak poměrně rychlé, přičemž četnost a doba, po kterou může být zařízení ponořeno do vody, není předem známa. Je proto třeba předpokládat, že po ponoření do vody bude zařízení stále v provozu. Tuto situaci lze přirovnat k námořním sonarovým bójím, kde se snímače využívají k zjišťování různých důležitých informací. V tomto případě musí zařízení vysílat RF signál a přitom neustále pracovat ponořené do slané vody, což jsou podobné podmínky jako v případě plavce v bazénu.

Můžeme také podrobněji rozvést informace, které jsme již získali z jiných odvětví. Slaná voda je například mnohem korozivnější než voda používaná v bazénu. Proto ze zkušeností získaných při používání sonarových bójí zjistíme provozní vlastnosti zařízení chráněného vhodným lakem, například Electrolube UR5041, v podobném, avšak agresivnějším prostředí. Toto je samozřejmě jen jedna z mnoha různých okolností. Míra ohebnosti a tuhosti zařízení, rozsah provozních teplot nebo různé chemikálie přicházející do kontaktu se zařízením – to všechno jsou možné faktory, které je nutné vzít v úvahu při výběru ochranného materiálu. Když zvážíme všechny tyto aspekty a nezapomeneme při tom, že je třeba zachovat vysílání RF signálů, existuje mnoho vlastností, jako například dielektrická konstanta, odolnost proti solné mlze, tvrdost nebo pružnost, podle nichž se hledá optimální produkt pro testování v provozu.

Přestože se tato informace může zdát poněkud vágní, je zřejmé, že každá aplikace bude mít svá vlastní kritéria kladená na výkon, okolní prostředí a očekávané použití a ve všech případech bude od nositelného zařízení vyžadována spolehlivá a přesná odezva. Příkladem konkrétních požadavků na aplikaci je např. jeden z projektů přihlášených do soutěže o nejlepší nositelné zařízení „Sudden Impact“, kterou vyhlašuje skupina element14 a společnost Electrolube je jejím partnerem. Cílem bylo vyvinout nositelné zařízení pro atlety, které by poskytovalo informace o aktuálním zdravotním stavu sportovce, což by mohlo přispět ke snížení počtu úrazů. V tomto případě víme, že zařízení bude muset být chráněno před nárazy, možná i proti vodě a jiným znečišťujícím látkám, a bude muset umožňovat bezdrátové připojení. Stejně jako u všech nositelných zařízení existuje i zde možnost, že zařízení bude vybaveno LED diodami nebo displejem, takže bude zapotřebí, aby poskytnutá ochrana byla průhledná a zachovala si stále svoji transparentnost. Odbornými konzultacemi s výrobci elektrochemických materiálů, například se společností Electrolube, lze rychle najít co nejvhodnější řešení pro danou aplikaci a zajistit tak požadované vlastnosti nositelného zařízení během celé jeho životnosti.

Obor nositelných technologií má před sebou velkou perspektivu. Zatímco podle některých názorů je již rok 2015 rokem nositelných technologií, jiná část odborné veřejnosti se domnívá, že větší kus práce stále leží před námi. Celá řada zařízení je stále ve fázi testování – je nutné ověřit jejich výkonnost, možnosti použití i dlouhodobou spolehlivost. Nové koncepce a vývoj v tomto oboru budou pokračovat i v budoucnu a s rostoucí rozmanitostí aplikačních zařízení budou také růst požadavky kladené na vhodné ochranné materiály.