Bluetooth Smart: Basistechnik für intelligente Anwendungen

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Ein Beispiel für mehr Lebensqualität für Diabetiker

Im KiCoPen, einem Injektionsgerät für Diabetiker von Cambridge Consultants (siehe Aufmacherfoto), wird die zum Betrieb erforderliche Energie aus der natürlichen Bewegung des Geräts gesammelt, zum Beispiel wenn der Anwender die Kappe für eine Injektion entfernt und diese anschließend wieder aufsteckt.

Die Bewegungsenergie wird durch ein magnetisches Gewicht erfasst, das sich nahe einer Spule bewegt. Diese Bewegung induziert einen Strom in der Spule, der sich in einem Kondensator speichern lässt. Jede Bewegung des magnetischen Aktuators erzeugt eine gleichbleibende Energiemenge. Auch die Anzahl der Hin- und Herbewegungen, die bei jeder Aktion erfolgen, lässt sich festlegen.

Abziehen und Aufsetzen der Stiftkappe erzeugt Energie

Der Nutzen des Geräts würde hinfällig, wenn der Anwender gezwungen wäre, den Injektionsstift jedes Mal zu schütteln oder für einige Sekunden zu halten, damit er ordnungsgemäß funktioniert. Vor allem für ältere und sehr kranke Menschen kann das Schütteln beziehungsweise die nötige Bewegung des Stifts zum Laden des Energiereservoirs ein Problem darstellen. Im KiCoPen wird beim Abziehen oder Aufstecken der Kappe eine Energie zwischen 100 und 200 µJ erzeugt, die im Kondensator gespeichert wird. Das Aufmacherbild der Artikels zeigt den Injektionsstift.

Dialogs Mikrocontroller DA14580 ARM Cortex-M0 bietet genügend Rechenleistung für die Anwendungssoftware, die jede Dosis genau aufzeichnet und die Daten in einem MRAM-Speicher (Mangnetoresistive random access memory) ablegt. Von dort werden sie über Bluetooth Smart übertragen, sobald die Funktechnik aktiviert wird.

Nachdem die Aktivitäten abgeschlossen sind, geht das System in einen Standby-Zustand über, ohne dass wichtige Informationen verlorengehen.

Werden die Daten zur Insulinabgabe nicht vollständig an das Smartphone übertragen, erfolgt deren Speicherung im Stift selbst. Sobald der Kondensator wieder aufgeladen ist, werden sie bei der nächsten Kontaktaufnahme übertragen. Die MRAM-Technik wurde bewusst für das Gerät gewählt, da sie weniger Energie für Schreibvorgänge benötigt als herkömmlicher Flash-Speicher.

Selbst wenn beim Injizieren des Insulins keine Energie mehr im Stift vorhanden sein sollte, findet trotzdem eine Überwachung der Insulinabgabe statt. Die beim Aufstecken der Kappe erzeugte Energie reicht aus, um den Unterschied zwischen der vorherigen Aufzeichnung und dem aktuellen Füllstand zu messen. Damit lässt sich die zuletzt abgegebene Dosis berechnen.

„Schon seit längerer Zeit ist bekannt, dass sich die Leistungsfähigkeit von Bluetooth-Smart-ICs für reale Anwendungen mit Energy Harvesting eignet“, so Rob Milner, Senior Consultant und Head of Smart Systems bei Cambridge Consultants. „Dialog hat dies mit dem DA14580 erstmals bewiesen. Die geringen Kosten ermöglichen eine Serienfertigung, wie sie für Insulin-Injektionsstifte erforderlich ist.“

Wirksames Konzept für die Insulinabgabe

Die Kombination aus einem neuen Energy-Harvesting-Design und einem stromsparenden Bluetooth-Smart-SoC führte also zu einem wirksamen Konzept für die Insulinabgabe, das bisher einzigartig am Markt ist. Die genaue Dosis wird erfasst und die Information an die entsprechende Smartphone App übertragen – und das gänzlich ohne Batterieleistung.

Mit dem KiCoPen können Diabetiker ihre Insulingabe also genau kontrollieren. Der Stift ermöglicht zusammen mit anderen elektronischen Hilfsmitteln eine komfortable Kontrolle des Blutzuckerspiegels, was langfristige Komplikationen verringert und den Patienten mehr Lebensqualität bietet.

Dialog Semiconductors SmartBond-SoCs bieten Produktentwicklern eine kleinformatige, energieeffiziente und hochintegrierte Lösung, um Funktechnik schnell und zuverlässig in IoT-Geräte zu integrieren, die mit Energy-Harvesting-Energiequellen arbeiten oder einen langfristigen Betrieb mit kleinen Batterien gewährleisten müssen – und das bei minimalem Entwicklungsaufwand. Der KiCoPen ist nur ein Beispiel dafür, wie effektiv diese Ein-Chip-Systeme eingesetzt werden können.

* Mark de Clercq ist Product Marketing Group Manager bei Dialog Semiconductor. Er studierte Elektronik an der McGill-Universität in Montreal/Kanada.

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