Creó desde cero un smartwatch para T1D para su hijo

Contexto

• Su hijo de 9 años vive con diabetes tipo 1, así que su páncreas debe operar siempre en modo manual.
• Un páncreas sano produce insulina y glucagón para regular la glucosa en sangre.
• Las personas con diabetes tipo 1 deben controlar su glucosa sin ese sistema de regulación, y la hipoglucemia puede convertirse en una emergencia si no se trata.
• Tecnologías como el CGM (monitor continuo de glucosa) y las bombas de insulina de circuito cerrado ayudan, pero tienen el problema de que las alarmas suenan con frecuencia.
• Revisar los datos de glucosa constantemente es una carga, y quería encontrar una forma de reducirla.

“¿Por qué no comprar un Apple Watch?”

• El Apple Watch ofrece demasiadas funciones y notificaciones para un niño, lo que puede distraerlo en la escuela.
• No proporciona una visualización confiable de los datos del CGM.
• Se necesita un dispositivo simple y confiable.
• Muchos padres quieren un dispositivo de funciones simples en lugar de un Apple Watch.

Requisitos del producto

• Un diseño simple que no interrumpa a su hijo en la escuela.
• Durabilidad para soportar la actividad en el patio de juegos.
• Entrega confiable de datos del CGM.
• Retroalimentación háptica en momentos importantes.

Proceso

Prototipos iniciales con breadboard y módulos

• Intentó mostrar datos del CGM usando un dispositivo M5Stick, pero la batería duraba poco y no tenía resistencia al agua.
• Conectó software de Arduino y componentes principales usando módulos de Adafruit y Sparkfun.

El primer gran obstáculo: una conexión BLE confiable

• Fue difícil construir una conexión BLE confiable con una app de iOS que obtiene los datos más recientes desde la API de Dexcom.
• Lo resolvió haciendo que el smartwatch se conectara a la app de iOS cada 5 minutos para realizar una solicitud de lectura BLE.

El salto a una PCB personalizada

• Aprendió modelado 3D con Fusion 360 y diseñó una PCB personalizada.
• Usó KiCad para aprender fundamentos de ingeniería eléctrica y software de diseño de PCB.

¡Sorpresa! Los motores hápticos son complicados

• La resistencia de los motores hápticos varía, así que el rendimiento no es consistente.
• Implementó alertas con toques rápidos según la tendencia de la glucosa usando un motor ERM.

Opciones de pantalla

• Usó una pantalla TFT IPS de 1.69 pulgadas y 240x280 píxeles.
• Simplificó el proyecto al no incluir pantalla táctil.

Fabricación y acabado de la carcasa

• Fabricó la carcasa a través de Fictiv.
• La hizo en nailon duradero mediante el proceso MJF.

Iteraciones de la PCB

• Desarrolló 9 versiones de la PCB y pasó a una PCB de 4 capas para cumplir con los requisitos de espacio.
• Agregó un acelerómetro BMA400 para seguimiento de actividad y para detectar si el dispositivo estaba puesto.

Fabricación de vidrio personalizado

• Mandó hacer vidrio personalizado en lotes pequeños en una fábrica de China.
• Unió el vidrio y la pantalla usando película OCA.

Problemas de ensamblaje

• El ensamblaje fue complicado debido al tamaño de la carcasa y los requisitos de uso.
• Se necesitó una alineación precisa para evitar fugas de luz en la pantalla TFT.

Problemas de seguridad en Arduino

• Para proteger el firmware basado en ESP32, se necesitaban Flash Encryption y Secure Boot v2.
• El Arduino IDE no lo soporta.

La batalla final: optimización de la duración de la batería

• La mayoría de los relojes tenían una duración de batería de alrededor de 3 días, pero el que usa su hijo dura de 6 a 7 días.
• Probó varios métodos para optimizar la batería, pero no encontró una solución clara.

Lo aprendido

• El desarrollo de hardware es divertido, pero desafiante.
• Pasar de un prototipo a un producto es un gran reto.
• Diseñar y fabricar PCB es posible, y se puede hacer a bajo costo con JLCPCB.
• El precio minorista de los smartwatches modernos es bajo en comparación con la tecnología y la I+D que requieren.
• Para mantener un proyecto de hardware a largo plazo, hacen falta actualizaciones de componentes.

Conclusión

• Tras usar el reloj con su hijo durante 6 meses, mejoró la conciencia sobre la glucosa durante su vida escolar.
• Aprendió mucho sobre I+D de hardware, que plantea retos distintos al desarrollo de software.
• Hacer un prototipo de hardware es difícil, pero la verdadera dificultad está en la fabricación, crear relaciones comerciales, salir al mercado y dar soporte a largo plazo.
• Expresa mucho respeto por los desarrolladores de Glowcose y SugarPixel.
• Está considerando la posibilidad de continuar el proyecto por una vía de código abierto.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Es un trabajo de ingeniería sorprendente

  • El problema de cortar por completo la energía durante largos periodos es algo que se puede resolver
  • El microcontrolador puede cortar por completo todo el circuito, y casi no se consume energía hasta que algo como un botón lo vuelva a encender
  • Hay componentes comerciales que se pueden usar para facilitar la creación de prototipos
  • Circuitos avanzados de interruptor de encendido suave, como el switch de SparkFun, incluyen la función de forzar el apagado de un dispositivo defectuoso al presionar un botón
  • El diseño del switch de SparkFun permite que el microcontrolador sepa si se presionó el botón mientras el dispositivo está en funcionamiento, de modo que se puede reutilizar el botón existente para restaurar la energía cuando el dispositivo está apagado
  • El dispositivo puede apagarse automáticamente cuando permanece inactivo durante cierto tiempo o cuando la batería está demasiado baja, o el usuario puede apagarlo por completo manteniendo presionado el botón durante unos segundos

• El desarrollador principal del proyecto xdrip lanzó un reloj personalizado

  • Hay una publicación del desarrollador en Reddit, y el reloj se puede comprar e integrar con xdrip
  • Antes se recolectaban muestras de orina y se les echaban reactivos químicos para comprobar la cantidad de glucosa
  • Ahora están construyendo soluciones personalizadas, lo cual es impresionante
  • Ojalá que nuevos descubrimientos a partir de las señales sintéticas con la insulina lleven a una solución biológica

• Si hubiera existido permiso para subir firmware propio al Apple Watch, esto se podría haber resuelto por software

• Intentó lograr resultados similares con su propio proyecto y escribió al respecto en su blog

  • Espera encontrar una vía para ponerlo al alcance de más personas
  • Que avise si necesita ayuda

• No tenía una laminadora OCA, pero usó una prensa de hierro fundido para tortillas

  • Espera que pueda seguir monitoreando con precisión la salud de su hijo y que esto perdure
  • Apple dificulta hacer lo que uno quiere para priorizar la duración de batería y el funcionamiento fluido del dispositivo

• Es un trabajo increíble haber construido todo desde cero

  • También podría considerarse usar un dispositivo hackeable como PineTime o hackear una pulsera fitness barata
  • Construir el dispositivo desde cero es un gran logro, pero cuando otras personas lo intenten, podrían empezar con un camino más fácil

• Si simplemente se pone un vidrio delante de una pantalla TFT, puede verse como un teléfono Android de bajo presupuesto

  • Piden más información sobre el método DIY con la prensa para tortillas

• Tiene afinidad por la ingeniería aplicada al cuidado de la salud o a mejorar resultados, y siente que no recibe suficiente inversión

  • Espera que consiga financiamiento