Biosensore ad elevata integrazione che combina il canale di input per il rilevamento cardiovascolare e neurologico con il tracciamento del movimento e un core AI embedded.
STMicroelectronics ha introdotto un nuovo chip di bio-rilevamento per le prossime generazioni di dispositivi indossabili come orologi intelligenti, braccialetti sportivi, anelli connessi o occhiali intelligenti. Il chip ST1VAFE3BX combina un input biopotenziale ad alta precisione con il rilevamento inerziale e il core AI di ST, che esegue il rilevamento dell’attività nel chip per garantire prestazioni più rapide con un consumo energetico inferiore.
“L’elettronica indossabile è la tecnologia abilitante fondamentale per l’aumento della consapevolezza della salute e della forma fisica individuali. Oggi, tutti possono avere il monitoraggio della frequenza cardiaca, il monitoraggio dell’attività e la posizione geografica sul polso“, ha affermato Simone Ferri, APMS Group VP, MEMS Sub-Group General Manager presso STMicroelectronics. “Il nostro ultimo chip biosensore alza il livello dei dispositivi indossabili, offrendo rilevamento del movimento e del segnale corporeo in un fattore di forma ultracompatto con un budget energetico frugale”.
Anche gli analisti di Yole Development vedono opportunità per i monitor indossabili che trascendono il mercato del benessere generale, compresi i dispositivi sanitari, per i consumatori approvati dalle organizzazioni sanitarie e disponibili al banco. Creando un input di sensore di precisione completo in silicio, gli esperti di progettazione di chip di ST stanno facilitando l’innovazione in tutti i segmenti, con capacità avanzate come variabilità della frequenza cardiaca, funzione cognitiva e stato mentale.
ST1VAFE3BX offre opportunità di estendere le applicazioni indossabili oltre il polso ad altre parti del corpo, come patch intelligenti per scopi di monitoraggio medico o dello stile di vita. I clienti ST come BM Innovations GmbH (BMI) e Pison stanno lavorando alle frontiere in questo settore e hanno rapidamente adottato il nuovo sensore per guidare lo sviluppo di nuovi prodotti.
BMI è un’azienda di progettazione elettronica con esperienza nel rilevamento wireless e con un ampio portafoglio di progetti, tra cui diversi sistemi di monitoraggio della frequenza cardiaca con prestazioni all’avanguardia.
“Il nuovo biosensore di ST ci ha permesso di sviluppare la prossima generazione di precisi sistemi di monitoraggio delle prestazioni degli atleti, tra cui l’analisi ECG in una fascia toracica o una piccola patch“, ha affermato Richard Mayerhofer, amministratore delegato di BM innovations GmbH. “Combinare il segnale analogico dal vAFE con i dati di movimento dal sensore di accelerazione all’interno di un singolo dispositivo compatto facilita l’analisi dei dati precisa e consapevole del contesto. E con il supporto aggiuntivo per i nostri algoritmi AI direttamente sul sensore: questo è esattamente ciò che stavamo cercando“.
David Cipoletta, CTO di Pison, uno sviluppatore focalizzato su tecnologie avanzate per migliorare la salute e il potenziale umano, ha aggiunto:
“Il nuovo biosensore di ST si distingue come un’ottima soluzione per il riconoscimento dei gesti degli smartwatch, le prestazioni cognitive e la salute neurologica. Sfruttando questo progresso, abbiamo notevolmente migliorato la funzionalità e l’esperienza utente dei nostri dispositivi indossabili“.
Ulteriori informazioni tecniche
I circuiti front-end analogici per sensori biopotenziali sono difficili da progettare e soggetti a effetti imprevedibili come la preparazione della pelle e la posizione degli elettrodi attaccati al corpo. ST1VAFE3BX fornisce un front-end analogico verticale (vAFE) completo che semplifica il rilevamento di diversi tipi di segni vitali che possono indicare uno stato fisico o emotivo.
I produttori di dispositivi per il benessere e la salute possono quindi ampliare la propria gamma di prodotti per includere funzionalità quali elettrocardiografia (ECG), elettroencefalografia (EEG), sismocardiografia (SCG) ed elettroneurografia (ENG). Ciò può favorire l’emergere di nuovi dispositivi, facili da usare e che indicano in modo affidabile lo stato di salute o le risposte fisiologiche a eventi quali stress o eccitazione. Il futuro potrebbe contenere una maggiore diversità di dispositivi indossabili che possono contribuire a migliorare l’assistenza sanitaria, la forma fisica e l’autoconsapevolezza.
Portando questo front-end di precisione sul chip, ST1VAFE3BX si basa sulle consolidate competenze di ST nei dispositivi MEMS integrando un accelerometro per il rilevamento inerziale. L’accelerometro fornisce informazioni sul movimento dell’utente, che è sincronizzato con il rilevamento del biopotenziale per aiutare l’applicazione a dedurre qualsiasi collegamento tra segnali misurati e attività fisica.
ST1VAFE3BX integra anche il core di apprendimento automatico (MLC) e la macchina a stati finiti (FSM) di ST che consentono ai progettisti di prodotti di implementare semplici alberi decisionali per l’elaborazione neurale sul chip. Queste competenze di intelligenza artificiale consentono al sensore di gestire funzioni come il rilevamento dell’attività in modo autonomo, scaricando la CPU host principale per accelerare le risposte del sistema e ridurre al minimo il consumo di energia. In questo modo, i sensori di ST consentono ai dispositivi intelligenti di fornire funzioni più sofisticate e di funzionare più a lungo tra una ricarica e l’altra della batteria, migliorando l’usabilità. ST fornisce anche strumenti software come MEMS Studio nella ST Edge AI Suite dedicati ad aiutare i progettisti a liberare le massime prestazioni da ST1VAFE3BX, inclusi strumenti per la configurazione di alberi decisionali nell’MLC.
Il canale del segnale di bio-rilevamento dello ST1VAFE3BX comprende il vAFE con guadagno programmabile e risoluzione ADC a 12 bit. La velocità massima dei dati in uscita di 3200 Hz è adatta a un’ampia gamma di misurazioni biopotenziali per quantificare l’attività cardiaca, cerebrale e muscolare.
Il dispositivo è alimentato da una tensione di alimentazione compresa tra 1,62 V e 3,6 V e ha una corrente di funzionamento tipica di soli 50 µA, che può essere ridotta a soli 2,2 µA in modalità di risparmio energetico.
L’accelerometro integrato a basso rumore ha un intervallo di fondo scala programmabile da ±2g a ±16g.
Oltre al nucleo di apprendimento automatico e alla macchina a stati finiti programmabile, in grado di fornire funzionalità quali il rilevamento dell’attività, ST1VAFE3BX implementa funzioni avanzate di contapassi, rilevatore di passi e conteggio dei passi.
Il sensore ST1VAFE3BX è attualmente in produzione in un package LGA a 12 pin da 2 mm x 2 mm ed è disponibile su eSTore (campioni gratuiti disponibili) e presso i distributori a partire da 1,50 dollari per ordini di 1.000 unità.
Una demo con il biosensore ST1VAFE3BX verrà presentata in occasione di electronica 2024 in programma a Monaco di Baviera, dal 12 al 15 novembre, presso lo stand ST, Hall C3 101. Ulteriori informazioni sono disponibili al seguente link: www.st.com/biosensors
