Alkuperäinen teksti: Alan Hodgson, Puheenjohtaja, IEC TC 119: Painettu elektroniikka
Suomennos: Johanna Saarinen
Antureita integroidaan yhä enemmän terveydenhuollon ja vaarallisen toimintaympäristön ratkaisuihin
Elektronisten laitteiden laskevat hinnat ja mobiiliteknologian ja langattomien verkkojen parempi saatavuus edistävät digitalisaatiota. Bioanturien liittyminen tähän kuvaan saattaa olla erittäin hyödyllistä terveydenhuollolle ja lisätä turvallisuutta vaarallisissa toimintaympäristöissä. IEC:n standardointityö on tärkeä osa tätä kehitystä.
Anturiympäristö
Internet of Things (IoT) on verkosto toisiinsa liitettyjä esineitä ja laitteita, jotka pystyvät kommunikoimaan, sekä tuottamaan ja jakamaan tietoa keskenään. Tämän esineiden internetin potentiaalinen asema ja monenlaisten anturien tarve tiedon toimittamiseen on herättänyt laajaa keskustelua useissa julkaisuissa, muun muassa IEC:n e-techissä. Asiaa on käsitelty laajasti myös IEC:n White Paper-julkaisussa “Internet of Things: Wireless Sensor Networks”. IoT:n kannalta anturit ovat avainasemassa verkottuneessa maailmassa. Yksittäiset anturiryhmät eivät ainoastaan välitä tietoa, vaan ne myös syöttävät sitä analytiikkaan, joka vuorostaan muokkaa tulevaisuuden älykästä maailmaa. Anturit voivat kuitenkin myös olla osa tulevaisuutta IoT:n ulkopuolella ja toimia suljetussa järjestelmässä muiden elektronisten laitteiden kanssa.
Esimerkiksi kuluttajaelektroniikan, kuten älypuhelimien, lisääntyminen muuttaa jo nykyisin elämäämme. Niiden kameroita ja lähitunnistusteknologiaa (NFC) voidaan käyttää linkkeinä ulkoisiin anturijärjestelmiin, jotka eivät muuten ole yhteydessä ulkoiseen maailmaan. Tätä voi laajentaa sellaisiin antureihin, joissa ei varsinaisesti ole sähköteknistä toiminnallisuutta. Näitä ovat mm. väriä vaihtavat kemialliset tarrat, joita voi lukea älypuhelimen kameralla. Laitteen omia algoritmeja käyttämällä saadaan aikaan tietoa, jonka laitteen käyttäjä voi sitten nähdä elektroniselta näytöltä.
Terveydenhuollon ja vaarallisten toimintaympäristöjen tarkkailu antaa hyviä esimerkkejä tämän alueen anturiryhmistä. Näitä sovelletaan kliinisen tutkimuksen, urheilun ja työterveyden sekä turvallisuuden alueilla.
Antureita henkilökohtaiseen hoitoon
Anturit eivät ole uusi asia terveydenhuollon laitteissa – ne ovat olleet tärkeä osa hoitoa sairaaloissa jo vuosia. Anturit eivät kuitenkaan ole aiemmin olleet järkeviä vaihtoehtoja yksilön tarkkailuun näiden instituutioiden ulkopuolella. Muutokset yhteiskunnissa, kuten ikääntyvä väestö, ovat lisänneet tarvetta yksilöiden tarkkailuun anturijärjestelmien avulla perinteisen sairaalaympäristön ulkopuolella. Nämä uuden sukupolven anturit voisivat mahdollistaa henkilökohtaisemman, hajautetun terveydenhuoltojärjestelmän.
Kansainväliset standardit ovat tärkeä elementti ja IEC:n tekninen komitea TC 62: Electrical equipment in medical practice on ratkaisevassa osassa tässä työssä. Kun kuitenkin siirrytään kohti asetelmaa, jossa ”antureita on kaikkialla”, kaivataan myös muiden IEC:n teknisten komiteoiden työpanosta. Esimerkiksi, komitean TC 21: Secondary cells and batteries työ on tärkeää energian, ja komitean TC 119: Printed electronics tuotantoteknologioiden kannalta. Langattoman tietoliikenteen standardointi tukee potilaaseen yhteydessä (tai heidän kehossaan) olevia järjestelmiä samalla, kun ne mahdollistavat potilaiden liikkumisen ja turvaavat heidän henkilökohtaiset tietonsa. TC 21:n ja TC 119:n kehittämät valmistusteknologiat auttavat luomaan yhä halvempia ja pienempiä yksiköitä, mahdollistaen järjestelmien luomisen aina kertakäyttöisistä laastareista uudelleenkäytettäviin puettaviin laitteisiin. Osana tätä kehitystä voidaan todennäköisesti pian myös nähdä älykkäitä siteitä, jotka mahdollistavat haavojen reaaliaikaisen tarkkailun tulehdustilan kehityksestä paranemisnopeuteen. Tällainen terveysinformatiikka on komitean ISO TC 215 alaa ja se edistää vuorostaan terveyspalveluita syrjäisillä alueilla lisäämällä mahdollisuuksia etähoitoon. American Telemedicine Association (Amerikan etähoitoyhdistys) ennustaa, että tämä markkina, jonka arvoksi se arvioi maailmanlaajuisesti 14,4 miljardia dollaria vuonna 2015, kasvaa 34 miljardiin dollariin vuoteen 2020 mennessä. Tämä tarkoittaa 18,6 % kertyvää vuotuista kasvuprosenttia (CAGR) vuodesta 2015 vuoteen 2020.
Yksi mielenkiintoinen lisä tähän ovat erilaisten anturien yhteenliittymät, jotka siten antavat laajemman kuvan tilanteesta. Puettavat älylaitteet (yksi IEC:n uuden, työnsä vuonna 2017 aloittavan teknisen komitean TC 124 Wearable elctronic devices and technologies aiheista) tuovat tästä kiinnostavan esimerkin askelanalyysi- ja kaatumisenehkäisylaitteiden muodossa. Nämä voisivat olla puettavia antureita, jotka kiinnitetään kengän sisäpohjaan, ja jotka tarkkailisivat paineenjakautumista ja kiihtyvyyttä useilla eri pinnoilla langatonta yhteyttä käyttäen. Yksi mahdollinen kombinaatio voisivat olla painetut paineanturit ja MEMSiin pohjautuvat kiihtyvyysmittarit, jotka yhdistäisivät komitean TC 119 ja alakomitean IEC SC 47F: Micro-electromechanical systems osaamista. Näiden teknisten komiteoiden yhteistyö kattaa järjestelmäyhdistelmät.
Askelanalyysi- ja kaatumisenehkäisylaitteet eivät ole enää puhtaasti lääketieteellisiä sovelluksia, vaan niille on yleistä käyttöä sellaisille kohderyhmille kuin ikääntyvä väestö. Tämä edelleen johtaa kohti diagnosointia ja terapia-alaa, ennen kaikkea urheilulääketieteen alalle. Antureita sisältävät urheiluvaatteet ja ihoon kiinnitettävät laastarit ovat hyviä käyttötapoja näille anturiryhmille, ja ne taas puolestaan vievät teknologiaa edelleen muille alueille, ennen kaikkea henkilökohtaisen turvallisuuden alalle.
Antureita henkilöturvallisuussovelluksiin
Anturit ovat edelleen monien henkilökohtaisten turvallisuusjärjestelmien tärkeimpiä osia. Erinomainen esimerkki tästä ovat pienen pienet MEMS-kiihtyvyysmittarit, joita käytetään ajoneuvojen turvatyynyissä.
Anturijärjestelmät näyttävät kuitenkin olevan leviämässä laajemmalle henkilökohtaisen turvallisuuden ja vaarallisten toimintaympäristöjen aloilla. Näihin kuuluvat:
- Henkilöstön turvallisuuden tarkkailu stressaavassa työympäristössä. Puettavaa teknologiaa käyttäen, armeijalle, lentäjille ja pelastushenkilöstölle kehitetään laitteita, jotka mittaavat ihmisen suorituskykyä ja hyvinvointia. Näihin tarvitaan bioanturiteknologiaa, joka pystyy tunnistamaan aikaisia stressin, väsymyksen tai loukkaantumisen oireita.
- Hengityssuojat. Komitea ISO/TC 94/SC 15 kehittää kansainvälisiä standardeja näille laitteille. Koska kuitenkin monet näistä laitteista sisältävät sähköisiä alajärjestelmiä, kuten tuulettimia, on loogista lisätä niihin myös sähköteknisiä antureita.
Missä on grafeeni?
Mikään anturikeskustelu ei olisi täydellinen ilman pohdintaa kaksiulotteisten materiaalien, kuten grafeenin, mahdollisuuksista. Näihin liittyvää työtä koordinoi työryhmä WG 8: Graphene related materials/Carbon nanotube materials, joka on osa komiteaa IEC TC 113: Nanotechnology for electrotechnical products and systems. Grafeenin käyttöä antureissa on tutkittu paljon. Sen on lämmönjohto- ja sähkönjohtavuuskykynsä, sähköisten ominaisuuksiensa ja suuren pinta-massasuhteensa takia todettu olevan ihanteellinen materiaali anturielementeille. Grafeeni voi esimerkiksi olla erittäin ohutta, mutta silti joustavaa, johtavaa ja läpinäkyvää.
Ohuet kerrokset johtavat suureen pinta-alaan suhteessa massaan ja mahdollistavat anturielementtien laaja-alaisen tuotannon biolääketieteellisiin käyttötarkoituksiin. Tämän tyyppisiä antureita voitaisiin käyttää myös biolääketieteen ulkopuolella, muun muassa teollisuuden paineantureina sellaisilla aloilla kuin ilmailuteollisuudessa.
Anturit avainasemassa IEC:n teknisten komiteoiden työssä tulevaisuudessa
IEC:ssä on huomattu, että anturit ovat tulevaisuudessa tärkeässä asemassa sen monien komiteoiden työssä. IoT tulee olemaan keskeinen syy tälle kehitykselle, mutta myös yksilön terveydenhuollon bioanturit ja vaarallisten toimintaympäristöjen turvallisuusanturit vievät näitä laitteita laajemmalle alalle. Digitaalitalous ja yhteiskunnan muutokset, kuten ikääntyvä väestö ja tarve hallita terveydenhuollon kustannuksia, kantavat tätä kehitystä pitkälle tulevaisuuteen.
