Apple inventa el uso de electrodos accionados térmicamente en dispositivos portátiles para mejorar la piel

Dec 23, 2023

En junio de 2021, Patently Apple publicó un informe titulado "El vicepresidente de tecnología de Apple habló sobre los sensores de salud en el Apple Watch y posiblemente sobre los AirPods en el futuro en una nueva entrevista". Luego, en agosto de 2021, cubrimos un informe más detallado titulado "El equipo de investigación de aprendizaje automático de Apple publicó un artículo sobre el uso de sensores de salud especializados en futuros AirPods".

Ayer, la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU. publicó una solicitud de patente de Apple que respalda las revelaciones de sensores de salud especializados en AirPods, AirPods Max junto con otros dispositivos como Apple Watch y un instrumento de composición corporal como una báscula inteligente presentada en Apple. patente FIGS. 3A-C.

La patente de Apple revela tecnología de sensores y, más particularmente, electrodos accionados térmicamente para mejorar las mediciones fisiológicas en contacto con la piel. como se presenta en la patente de Apple FIGS. 3A-D a continuación, u otro dispositivo portátil.

En los antecedentes de patentes de Apple señalan que los parámetros fisiológicos se miden comúnmente utilizando dispositivos electrónicos con pantallas analógicas o digitales que utilizan electrodos en contacto con la piel para proporcionar señales eléctricas detectables. Los electrodos están hechos de un material conductor como un metal. Ejemplos de mediciones biológicas que dependen de electrodos de contacto son electromiografía (EMG), electrooculografía (EOG), electroencefalograma (EEG), electrocardiograma (ECG), temperatura corporal, presión arterial, medición de la frecuencia cardíaca y similares.

En una medición fisiológica de contacto con la piel, la calidad del contacto con la piel puede afectar significativamente la precisión de los resultados. Actualmente, en algunas mediciones fisiológicas de contacto con la piel, se aplica un gel conductor eléctrico al electrodo para controlar la impedancia entre la piel y el electrodo, también conocida como impedancia de contacto piel-electrodo. La impedancia de contacto se puede modelar con elementos eléctricos como un condensador y una o más resistencias.

Electrodos accionados térmicamente para mejorar las mediciones fisiológicas en contacto con la piel

La tecnología en cuestión en la solicitud de patente de Apple titulada "Electrodos accionados térmicamente para mediciones fisiológicas de contacto con la piel mejoradas" generalmente está dirigida a un nuevo dispositivo para mediciones biológicas en contacto con la piel.

En algunas implementaciones, el dispositivo incluye uno o más electrodos para permitir la transmisión de señales a través de un contacto con la piel y un mecanismo de control que está acoplado a los electrodos para ajustar una impedancia electrodo-piel (ESI). El mecanismo de control puede aplicar activación eléctrica para implementar el ajuste ESI.

En una o más implementaciones, un aparato de la tecnología en cuestión incluye un procesador y uno o más electrodos montados en un dispositivo y acoplados a un mecanismo de control. El mecanismo de control es activable por el procesador y es capaz de ajustar el ESI manteniendo una presión deseada entre el electrodo y la piel con un contorno variado de una superficie local de la piel.

En algunas implementaciones, un sistema según la tecnología en cuestión incluye un dispositivo de comunicación portátil y un dispositivo acoplado comunicativamente al dispositivo de comunicación portátil. El dispositivo incluye uno o más electrodos y un mecanismo de control acoplado a uno o más electrodos para ajustar el ESI mediante el uso de un actuador térmico para mantener una presión deseada entre el electrodo y la piel con un contorno variado de la superficie de la piel del usuario.

En algunos aspectos, el actuador térmico puede convertir energía térmica en energía mecánica mediante expansión y contracción térmica de material sólido. Ejemplos de actuadores térmicos incluyen actuadores de aleación con memoria de forma (SMA), actuadores de brazo frío y caliente y actuadores de tipo bimorfo.

Las aleaciones con memoria de forma pueden estar compuestas, por ejemplo, de una aleación de níquel-titanio. Los actuadores de brazo frío y caliente se basan en la expansión térmica asimétrica en la microestructura de un material.

Los actuadores de tipo bimorfo pueden consistir en dos o más capas de materiales diferentes y operar basándose en la diferencia en el coeficiente de expansión térmica (CTE) de los materiales diferentes.

La patente de Apple FIGS. 1A y 1B a continuación son diagramas que ilustran una estructura y estados operativos de un ejemplo de un dispositivo con un electrodo activado para mejorar el contacto con la piel.

Más específicamente, la patente de Apple FIGS. 1A y 1B son diagramas que ilustran una estructura y estados operativos de un ejemplo de un dispositivo #100 con un electrodo activado para mejorar el contacto con la piel.

El dispositivo #100, como se muestra en la FIG. 1A, incluye un electrodo #102, un resorte #104, dos barras rígidas #106 (106-1 y 106-2) acopladas entre sí mediante un pivote P y un actuador térmico #110 (en adelante, actuador 110). El actuador está acoplado a las barras rígidas en los puntos A y B, y el resorte está acoplado a la barra rígida 106-1 en un punto C y a una ubicación fija D.

La longitud del actuador se puede cambiar aplicando calor. El cambio en la longitud del actuador puede provocar el movimiento del electrodo. Por ejemplo, la contracción del actuador, como se muestra en la FIG. 1B, puede tirar del electrodo en la dirección del eje #112. Esto puede mantener una presión deseada entre el electrodo y una superficie adyacente, tal como una superficie de la piel cuando el electrodo es parte de un sistema de medición biológica.

Las mediciones biológicas, como la medición del electroencefalograma (EEG), son un área de creciente interés en los espacios de tecnología portátil. Realizar mediciones utilizando electrodos secos (sin gel conductor) presenta múltiples desafíos que comprometen la relación señal-ruido (SNR) de la lectura. Un objetivo importante en estas mediciones es reducir el ESI tanto como sea posible.

Se requiere un buen contacto inicial entre la piel y el electrodo para un ESI bajo. Además, se debe mantener un buen contacto entre el electrodo y la piel para evitar la degradación de la calidad de la señal debido a artefactos de movimiento. Según algunas implementaciones de la tecnología en cuestión, en el dispositivo el actuador se puede realizar usando una aleación con memoria de forma (SMA) u otros actuadores para aumentar la fuerza (o presión) de contacto entre el electrodo y la piel. El aumento de la fuerza de contacto reduce el ESI inicial entre los complejos y variados contornos de la piel que pueden presentarse en toda la distribución de la población humana.

Además, una mayor fuerza de contacto permite mantener el contacto durante la medición debido a una mayor retención de la fuerza de fricción. Esto también permite que el electrodo se active cuando sea necesario, evitando puntos de alta presión cuando no se están tomando medidas.

La SMA puede ser un compuesto de níquel y titanio y actúa como un músculo que se contrae cuando se calienta a su temperatura de transición. Esta propiedad material del SMA lo convierte en un excelente candidato como microactuador. El actuador SMA tiene características ventajosas, por ejemplo, es flexible (se puede montar en superficies complejas), fácil de usar y tiene un volumen reducido.

Resultados de investigaciones recientes muestran que la adición de hafnio (hf) y circonio (Zr) puede ofrecer un rango de temperatura de transformación más amplio y una mayor estabilidad dimensional del SMA.

La patente de Apple FIGS. 2A y 2B a continuación son diagramas que ilustran una estructura y estados operativos de un ejemplo de un dispositivo #200 con un electrodo activado para mejorar el contacto con la piel.

HIGO. 2A muestra el dispositivo #200 intentando estar en contacto con una piel #220. El dispositivo tiene un electrodo activado #202 acoplado a un brazo sólido #206, que tiene un pivote P y está acoplado a un actuador térmico #214 (en adelante, actuador 214) en un punto B. El actuador está acoplado, en los puntos A y C, a los cables #212 que conectan el actuador a un voltaje de suministro V+ y potencial de tierra G. El actuador se puede implementar usando un SMA u otros materiales basados ​​en expansión-contracción térmica y está integrado en un material de soporte #210 que forma parte de la estructura del dispositivo. Ejemplos de actuadores térmicos incluyen actuadores de brazo frío y caliente y actuadores de tipo bimorfo.

El voltaje de suministro V+ puede proporcionar una corriente eléctrica que recorre el actuador 214 y provoca la contracción del actuador 214, lo que da como resultado la inserción de una fuerza en el brazo sólido 206 que a su vez da como resultado empujar el electrodo 202 hacia la piel 220, como mostrado en la FIG. 2B, para mantener un buen contacto entre el electrodo y la piel.

Para obtener detalles adicionales, revise la solicitud de patente de Apple número US 20220409137 A1.

Inventores de Apple

Publicado por Jack Purcher el 30 de diciembre de 2022 a las 10:45 a. m. en 1A. Solicitudes de patentes, accesorios de Apple, Apple Watch, pulseras inteligentes y wearables, audio, HomePod, AirPods, AirPods Max, biometría y salud | Enlace permanente | Comentarios (0)