ES2606009T3

ES2606009T3 - Calcetín para monitorización biométrica integrada

Info

Publication number: ES2606009T3
Application number: ES11755439.4T
Authority: ES
Inventors: Paulo Jorge Pinto Rodrigues
Original assignee: FIORIMA SA
Current assignee: FIORIMA SA
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2017-03-17
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: CA2804719C; KR101857638B1; CN103025230A; LT2591717T; WO2012004774A1; PT105191A; DK2591717T3; HK1184355A1; RS55335B1; US20130137943A1; PT2591717T; SI2591717T1; CN103025230B; KR20130142098A; PL2591717T3; EP2591717A1; HUE029742T2; WO2012004774A4; EP2591717B1; CA2804719A1

Abstract

Calcetín para monitorización biométrica integrada que comprende: - calcetín con un bus (7) de datos que comprende uno o más hilos (3) conductores tejidos dentro del calcetín; - uno o más sensores (1, 5) biométricos; caracterizado porque los hilos conductores están encapsulados e hilos resistentes al agua son tejidos verticalmente a lo largo del calcetín y cada sensor comprende encapsulación epóxica porosa y protección por medio de adhesivo de silicona, en donde el adhesivo de silicona es resistente al agua y transpirable.

Description

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DESCRIPCION

Caicetln para monitorizacion biometrica integrada Campo tecnico de la invencion

La presente invencion se reiaciona con un caicetln para monitorizacion biometrica integrada.

Resumen de ia invencion

La presente invencion esta definida en ia reivindicacion adjunta 1, que esta particionada con relacion ai documento WO 2009/023937 A1.

Una reaiizacion preferida comprende un dispositivo (11) procesador de datos y una banda (8) conductora de conexion a traves de ia cuai se eniaza ai bus (7) de datos, y que inciuye interfaz (12) inaiambrica, en particuiar con un dispositivo (15) movii.

Una reaiizacion preferida comprende un dispositivo (11) procesador de datos que inciuye uno o mas indicadores (13) visuaies, en particuiar LED, uno o mas botones (14), en particuiar un interruptor de encendido/ apagado.

En una reaiizacion preferida ios sensores citados comprenden un sensor (5) de presion y un sensor (1) de temperatura.

En una reaiizacion preferida ios sensores citados comprenden conexiones con ei bus (7) de datos a traves de hiios conductores en “zig-zag”.

En una reaiizacion preferida uno o mas de ios sensores citados comprende conexiones con ei bus (7) de datos a traves de hiios conductores en “zig-zag”.

En una reaiizacion preferida uno o mas de ios sensores citados comprende conexiones con ei bus (7) de datos a traves de una soidadura sobre ia coia dei sensor.

En una reaiizacion preferida uno o mas de ios sensores citados comprende encapsuiacion epoxica porosa.

En una reaiizacion preferida uno o mas de ios sensores citados comprende una proteccion por medio de adhesivos de siiicona.

En una reaiizacion preferida uno o mas de ios sensores citados comprende una base de PCB fiexibie.

Una reaiizacion preferida comprende sensores y medios de procesamiento de datos para una o mas de ias siguientes medidas: Indice de masa corporai, peso dei usuario, ia cantidad de caiorlas consumidas en ei tiempo totai de entrenamiento, caiorlas quemadas por segundo, veiocidad instantanea de viaje, monitorizacion de rastreo de GPS, distancia de viaje, conteo de pasos, registro de datos historicos, y/o caiibracion y medicion de ia masa corporai en movimiento.

Antecedentes de ia invencion

La US2008287832A1 describe caizado (4) (o sueia) que tiene muitipies sensores (8) de presion, ios cuaies estan conectados con un dispositivo, “nodo medico” (6) que genera ios datos de presion. Ei “nodo medico” transmite ios datos de presion a ia estacion (26) base. La estacion base anaiiza ios datos de presion y puede generar aiertas, inciuyendo mensajes de texto, cuando ios datos de presion indiquen que ia presion esta por encima de un cierto nivei. La deteccion y advertencia de presion pasa ya sea en reposo, por ejempio, sentandose, o en una condicion de ejercicio, para monitorizar ia condicion dei paciente, por ejempio, diabetico u otros probiemas medicos. La invencion permite que ei exceso de presion sobre una cierta parte dei pie dei paciente pueda ser evitada, y ias iesiones en ia piei y otros tejidos adyacentes tambien pueden ser evitadas.

La US5546955A describe un caicetln que inciuye un sensor de temperatura y un indicador visuai conectado con ei

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sensor para proveer una indicacion de la temperatura de la pierna. El calcetln tambien tiene un componente de aplicacion que se provee automaticamente para una compresion periodica de la pierna del usuario. La invencion permite el diagnostico de condiciones medicas, por ejemplo, flebitis y previene o reduce la enfermedad venosa. Tambien inhibe que el calcetln se ruede hacia abajo. No se indica ninguna integracion textil o como se sobrepone a los problemas que operan en el ambiente especlfico del pie/ calzado.

La FR2861846A1 describe una capa entre el pie y el calzado, para obtener senales de presion ejercidas por uno sobre el otro, que consiste de una capa (7) de gel de poliuretano con sensores (4) de presion incorporados. Los sensores de presion son solidos y planos, posicionados para detectar la presion perpendicular a la superficie exterior de la capa de gel (sin detectar tensiones de corte). Se preve el uso en calzado y vestimenta (no calcetines expllcitamente), en botas o tablas para esquiar o esquiar en nieve, o aun para vestimenta de deportes de invierno. La capa de gel mantiene los sensores cerca de la piel y se adapta a la morfologla del usuario. La capa de gel tiene un grosor de 2 - 10 mm y una dureza de 35 - 40 Shore-A. No se indica ninguna integracion textil o como se sobrepone a los problemas que operan en el ambiente especlfico del pie/ calzado.

La US6836744B1 describe un dispositivo (10), en el cual el movimiento de la parte posterior del pie y tobillo, se maneja por medio de un procesador y una pantalla (40) para el calculo de datos cinematicos para permitir que se identifiquen los movimientos particulares de pronacion y supinacion del pie. La unidad de recoleccion de la planta (30) de presion le perite calcular los datos de presion de planta para identificar un centro de la llnea de presion e incluso cargas anormales y excesivas sobre la planta del pie. Util para la medicion y el analisis de la marcha humana, identificacion del estilo de marcha, en rehabilitacion medica de atletismo y de deportes, util para medir el peso corporal, y los usos biomedicos y podiatricos, para diagnostico ortopedico o rehabilitacion motriz. Vease la figura 6 que puede parecer un calcetln pero tambien puede ser un tipo de zapatilla. No se indica ninguna integracion textil como se sobrepone a los problemas que operan en el ambiente especlfico del pie/ calzado.

Descripcion general de la invencion

La presente invencion se relaciona con un calcetln para monitorizacion biometrica integrada.

La invencion incluye un sistema de sensor biometrico integrado dentro de un calcetln con la habilidad para procesar y almacenar datos biometricos recolectados, con el fin de proveer informacion util al usuario, relacionando los datos biometricos del usuario con los parametros de desempeno de esfuerzo flsico.

La invencion incluye deteccion integrada dentro de la estructura textil del calcetln incluyendo temperatura, latido del corazon y presion ejercida por medio del pie del usuario, a ser procesada, interpretada y enviada a un dispositivo movil que hace el almacenamiento de los datos y permite la visualizacion de los datos.

La invencion incluye integracion textil de los dispositivos para monitorizacion biometrica a traves de fibras o hilos conductores tejidos y/o tejidos de punto en el calcetln y sus propias conexiones con los sensores, terminales y encapsulaciones.

A pesar de que el mercado ya esta ofreciendo diversas soluciones en zapatos y en plantillas, estas soluciones tienen muchas limitaciones. El zapato no se ajusta a la anatomla del pie, la cual difiere de persona a persona, nosotros sabemos que no hay dos pies iguales. Por otra parte, por las razones que ya se mencionaron, el pie nunca tiene la misma posicion en el zapato. El pie se desliza dentro del zapato. Otra razon tiene que ver con la necesidad de las personas de cambiar con frecuencia los zapatos que presentan diferentes disenos, materiales, durezas, y cualidades de molde de manufacturero en manufacturero. Ademas, el zapato/ plantilla son mucho mas costosos que el calcetln, por lo tanto menos adecuado para soluciones que involucran una mayor rotacion del dispositivo.

Por estas razones es muy diflcil posicionar diferentes sensores y por lo tanto comprometiendo la recoleccion eficiente de las senales psicologicas necesarias para el proyecto cuando se utilizan soluciones conocidas que involucran zapatos/ plantillas para monitorizacion biometrica.

Por otra parte, el calcetln tiene las siguientes ventajas:

• Debido a la elasticidad del calcetln este se ajusta a cualquier anatomla de pie.

• Puede ser utilizado con o sin zapatos.

• Puede ser utilizado en cualquier zapato.

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• Un caicetln con caracterlsticas de caicetln usualmente designadas como Eco-High-Tech, tiene propiedades que proveen confort, elasticidad, resistencia y por lo tanto la posicion ideal para enfocar todos ios diferentes sensores necesarios para la recoleccion de senales fisiologicas.

• Es una solucion barata, compara con la solucion zapato/ plantilla.

Por estas razones el calcetln es una mejor solucion para colocar sensores y recolectar eficientemente senales fisiologicas del pie.

Sin embargo, el pie, y su calzado, constituyen una operacion en el ambiente tecnicamente diflcil. La humedad y las temperaturas que se utilizan son altas, pero pueden ser marcadamente mas bajas cuando no esta en uso, el pie lleva el equipo a presiones mas altas, incluyendo fuerzas transversales e impactos, y el propio pie, mientras camina, cambia significativamente su forma, creando encorvaduras, esguinces, torceduras.

La solucion prescrita comprende una integracion textil en el propio calcetln de los dispositivos electronicos, incluyendo los conductores por si mismos que estan preferiblemente tejidos y/o tejidos de punto en el calcetln.

El mercado ofrece diversas tecnologlas de tejido, pero una solucion era requerida que permitiera el tejido vertical de los hilos conductores para llevar electricidad y obtener datos desde los diferentes sensores empleados, sin ninguna interrupcion de la fuente de energla y sin comprometer el diseno y comodidad del calcetln.

Las soluciones tecnologicas presentadas por el mercado no permiten ninguna solucion que cumpla con estos requerimientos.

Aunque serla posible tejer en “espiral” con cuatro alimentadores, pero el coste serla prohibitivo, y el diseno y la comodidad del calcetln se verlan comprometidos.

La solucion era adaptar la tecnologla existente y permitir el tejido de punto de los hilos conductores electricos verticalmente para que podamos hacer el suministro de energla a los diferentes sensores y no comprometer la calidad, comodidad y diseno en el calcetln. Otras soluciones tales como “adicionales” podrlan ser equiparables, pero se sabe que la calidad, diseno y comodidad serlan comprometidos, para que la integracion textil, especlficamente el tejido y/o tejido de punto de los hilos conductores a lo largo del calcetln tiene ventajas especlficas para este proposito.

A traves del software desarrollado para esta aplicacion es posible visualizar todos los datos y utilizarlos junto con la entrada del usuario, para obtener valores del peso del usuario, el Indice de masa corporal (BMI), calibracion y medicion de la masa corporal en movimiento, la velocidad instantanea a la cual se mueve el usuario, distancia, conteo de pasos, tiempo de entrenamiento, calorlas quemadas por segundo y la cantidad de calorlas consumidas en el tiempo total de entrenamiento (figura 1). El mismo software incluye funciones para el registrador de datos, y es posible exportar los datos obtenidos a un computador personal (PC) por medio de sensores biometricos, siendo capaz de llevar a cabo el analisis de los datos a traves del software desarrollado para este proposito.

La funcion del rastreador GPS (Sistema de Posicionamiento Global) tambien esta presente en este sistema, si el dispositivo movil (telefono movil) tiene un GPS integrado, el software desarrollado para la aplicacion permite la adquisicion de puntos cardinales que indican el camino tomado por el usuario. Cuando se exporta a un PC es posible ver la ruta sobre un mapa virtual (por ejemplo Google Earth).

El sistema de deteccion consiste en un conjunto de sensores integrados dentro del calcetln, un modulo electronico central que contiene todos los elementos electronicos necesarios para operar el dispositivo, el cual se coloca sobre el tobillo del usuario, y un software a ser instalado en un dispositivo movil (PDA, telefono inteligente, Ultra Mobile PC y consola portatil) dispositivos de mesa (Desktops y Laptops), los cuales permitiran la visualizacion de todos los datos recolectados y resultados de los calculos hechos con ellos. La transmision de datos entre el modulo central electronico con el dispositivo movil se hace a traves del protocolo de comunicacion de datos inalambricos Bluetooth, utilizando casos especlficos 802.11 (WiFi) modulos o radio frecuencia ZigBee (433MHz / 870MHz).

Sensorizacion

Preferiblemente se recolectan tres tipos distintos de datos utilizando para este proposito preferiblemente tres sensores especlficos para cada uno de ellos.

Sensor de temperatura

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Los valores de temperatura son adquiridos preferiblemente a traves de un semiconductor comercial desarrollado para este proposito. Este sensor convierte los valores medidos de temperatura en una senal digital interpretable facilmente por medio de la practica de procesamiento, transmitida utilizando el protocolo de comunicacion “protocolo de 1 cable”. El rango de los valores de temperatura medidos por medio del sensor de temperatura esta entre -55 y 125 °C en un rango de humedades rela tivas desde 20% hasta 95% siendo utilizada una resolucion de 0.5 °C para usuarios ordinarios y 0.0625 °C en a plicaciones para propositos medicos.

En ambientes con alto ruido electromagnetico el sensor actual es reemplazado preferiblemente por medio de otros mas inmunes al ruido, utilizando el protocolo de comunicacion I 2 C o sensores analogos, con la insercion adicional de un hilo mas conductor o sobre una etapa de conversion de analogo a digital, respectivamente.

El sensor de temperatura preferiblemente es integrado en un PCB flexible, que es despues adherido/ soldado a los hilos conductores incorporados en la estructura del calcetln, y realizando la conexion de la senal del sensor con hardware. La estructura completa del PCB flexible con el sensor integrado preferiblemente esta encapsulada en una pellcula de silicona con un pH neutro (grado estandar) a traves de un proceso de laminacion y/o proceso de moldeado, que permite que toda la estructura de PCB flexible-sensor sea a prueba de agua.

Sensor de presion

Los valores de presion ejercidos por el pie del usuario son recolectados preferiblemente por medio de un sensor piezoresistente que genera una variacion en el nivel de la resistencia electrica en sus terminales, cuando la presion es aplicada. Los rangos de los valores de presion varlan entre 700 kPa de presion nominal hasta 1300 kPa de maximo impacto, sin embargo estos valores varlan dependiendo del area del sensor utilizado, entre mas grande el sensor, mas alta sera la resolucion, no obstante teniendo que soportar presiones mas altas.

Para ser capaz de interpretar los valores generados por medio de este sensor, es preferiblemente necesario utilizar un “puente de Wheatstone” conectado con un amplificador de instrumentacion, el cual convierte la variacion del sensor de resistencia en una senal de voltaje analoga interpretable por un convertidor de analogo a digital (ADC) del suelo de procesamiento. Como una alternativa al sensor piezoresistente es posible utilizar un sensor capacitivo, con un cambio, reemplazando el “puente de Wheatstone” y la amplificacion por medio una capacitancia al convertidor digital que conecta directamente con el suelo de procesamiento. El sensor preferiblemente tiene un grosor de menos de 1.25mm con el fin de optimizar la integracion de la estructura del calcetln y permitiendo una mayor comodidad para el usuario. El sensor preferiblemente esta integrado en el area del talon y/o area del metatarso del pie con el fin de maximizar la senal / respuesta del sensor piezoresistente/ capacitivo cuando los requerimientos mecanicos tales como caminar. El sensor esta preferiblemente encapsulado en silicona en una pellcula de silicona con pH neutro (grado estandar) a traves de un proceso de laminacion y/o proceso de moldeado, el cual permite que todos los sensores sean a prueba de agua. Los sensores terminal/ electrodo preferiblemente son soldados/ conectados con los hilos conductores integrados en la estructura del calcetln, llevando la senal de conduccion del sensor al hardware.

Sensor de latido de corazon

El sensor de latido de corazon preferiblemente esta incrustado en un PCB rlgido, y preferiblemente ubicado en la zona del tobillo en contacto con la piel. Este PCB preferiblemente esta encapsulado con silicona, para que nosotros podamos eliminar una posible incomodidad causada al usuario dado que esta en contacto directo con la piel. El PCB puede ser flexible, requiriendo cuidado especial con respecto a los puntos de soldadura de los componentes constituyentes del sensor electronico, el cual preferiblemente deberla ser fortalecido. Este modulo esta compuesto de un suelo de deteccion con tecnologla basada en el principio optico, comunmente conocido como fotopletismografla (PPG), y en este caso basado en el metodo de reflexion. Para implementar el metodo PPG preferiblemente son utilizados dos diodos emisores de luz (Diodos Emisores de Luz -LEDs) y un recibidor / convertidor de luz en una senal electrica (amplitud de senal) de TAOS. Este proceso consiste de la luz emitida por los dos LEDs proyectados contra la piel, en donde una parte de esta luz es absorbida por la piel, el resto siendo reflejada y detectada por el recibidor. La variacion que existe en la amplitud de la senal (en la salida del recibidor), que corresponde con una mayor o menor absorcion de luz, dictara si hubo o no un pulso cardiaco.

Este modulo preferiblemente esta constituido por tres suelos, el suelo de deteccion (citado arriba), el suelo de senal de condicionamiento y finalmente el suelo de procesamiento / comunicacion.

El suelo de deteccion contiene los emisores de luz y el recibidor y es responsable por el proceso completo de convertir luz en una senal electrica. El suelo de condicionamiento es responsable por todas las etapas de condicionamiento desde el filtrado, amplificacion y conversion de senal (conversion analoga a digital - ADC), que es

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necesaria para obtener una senal interpretable por la unidad de procesamiento/ comunicacion. El suelo de procesamiento / comunicacion tiene dos funciones principales, la interpretacion de la senal digital para el latido del corazon sobre el tiempo con el fin de extraer la informacion relevante, y la encapsulacion de la informacion extralda de acuerdo con el protocolo de comunicacion serial asincronica, para que los datos procesados puedan ser enviados correctamente al modulo central electronico. Estos datos son enviados en formato digital, y no hay necesidad de que ningun suelo de condicionamiento de senal para su recepcion.

Modulo central electronico

El modulo central electronico hace la adquisicion de las senales desde los sensores, su condicionamiento/ procesamiento, el procesamiento de datos y finalmente la comunicacion opcional con un dispositivo movil. En este modulo preferiblemente tambien hay un suelo de monitorizacion del nivel de carga de su alimentador de baterla, y esta informacion tambien es enviada al dispositivo movil (figura 2). El modulo central electronico esta preferiblemente encapsulado en una estructura de pollmero solida (caja) la cual preferiblemente esta fijada en la zona del tobillo utilizando una fijacion de banda elastica por medio de pasadores o una banda elastica con sujecion de Velcro ajustable, o una banda elastica ajustable sujetando resortes polimericos. El modulo de hardware es de este modo preferiblemente removible, pero puede no ser lavable, a diferencia del resto de la estructura del calcetln que preferiblemente es lavable.

Los datos de los sensores de temperatura y presion integrados con la estructura del calcetln son conducidos/ transmitidos preferiblemente al hardware a traves de hilo textil conductor integrado en la estructura de hilo del calcetln. La senal del sensor es conducida a traves del hilo textil conductor en la estructura del calcetln que preferiblemente esta adherido/ soldado a un extremo de la banda elastica flexible o un hilo conductor encapsulado. La banda elastica conductora preferiblemente tiene, en el otro extremo, unos pasadores de conectores rlgidos y/o un conector de mini-USB, y en el caso del hilo encapsulado conductor este preferiblemente tendra un conductor de miniclavija sobre el otro extremo, los cuales son sistemas que conectan con el modulo de hardware. Este sistema permite una mayor comodidad para el usuario en establecer la conexion flsica entre los hilos conductores en la estructura del calcetln, que transmite senales desde los sensores en la estructura del calcetln, y el modulo de hardware. De este modo, se vuelve facil para el usuario desacoplar la parte textil del calcetln que es lavable del modulo de hardware que no es lavable, a traves de los conectores citados.

Fuente de energla y monitorizacion de carga de baterla

Las baterlas integradas en el modulo de hardware son responsables de alimentar todos los sistemas electronicos y de deteccion en el calcetln. Preferiblemente son utilizadas baterlas de litio o de litio-polimerico con volumenes mayores que 8 cm y menores que 50 cm , y valores de carga entre 100 mAh y 500 mAh dependiendo de la autonomla deseada.

Este suelo tiene la funcionalidad de monitorizar el nivel de carga de la baterla del modulo central electronico enviando su estatus al dispositivo movil. Para este proposito se utiliza un dispositivo que monitoriza el nivel de carga y envla senales al suelo de procesamiento si la baterla cae por debajo de un valor configurado, o si la baterla esta cargando, envla una senal de carga de baterla y una senal de carga completa. Sobre este suelo tambien se incluye el modulo de circuito de control de suministro de energla, el cual es capaz de detectar la presencia de una unidad de carga y hacer la energla de carga de baterla.

Condicionamiento de senal analoga

De los tres sensores incluidos en el sistema preferiblemente solo el sensor de presion requiere condicionamiento de senal en este modulo. La senal de condicionamiento preferiblemente se hace utilizando un “puente de Wheatstone” conectado con un amplificador de instrumentacion que permite detectar la resistencia a la variacion del sensor de presion cuando la presion es requerida sobre este, teniendo en la salida del amplificador una senal analoga interpretable por medio de un convertidor de analogo a digital presente en el microcontrolador. Esta senal analoga generada se caracteriza por leer un voltaje de 0 V cuando no hay presion y suministrar voltaje cuando el sistema ha alcanzado el maximo valor de presion.

Procesamiento y tratamiento de las senales de sensor

Para realizar todas las senales generadas por medio del sistema, ambos sensores del suelo de suministro de energla del suelo de monitorizacion de energla de baterla, preferiblemente se emplea un microcontrolador que debido a los modulos incluidos, permite la interpretacion adecuada de las senales.

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El procesador esta hecho especlficamente para cada una de las diferentes senales. La senal desde el sensor de temperatura preferiblemente sera recibida en un puerto digital del microcontrolador, el cual contiene el algoritmo necesario para recibir correctamente los valores enviados y convertirlos en los valores apropiados para despues transmitir al dispositivo movil.

La senal del latido del corazon ya es pre tratada por medio del modulo en si, y solo es requerida para recibir los valores en un puerto digital y remitirlos al dispositivo movil.

La senal del sensor de presion requiere el uso del convertidor de analogo a digital presente en el microcontrolador, habiendo implementado un algoritmo de deteccion de la transicion de senal con referencia al acto de ejercer y retirar presion. Desde la deteccion de estas transiciones, fue posible desarrollar algoritmos para la deteccion de pasos y el tiempo de cada paso y el procesamiento de dichos datos para enviar informacion relevante e interpretable para ser utilizada por el software del dispositivo movil. A traves de un algoritmo de analisis continuo de presion en las transiciones de alto nivel se hace un calculo aproximado de la masa corporal preferiblemente teniendo una base de comparacion, una calibracion inicial para evaluar el objeto individual.

Las senales de baja baterla, baterla cargandose y baterla cargada, preferiblemente son tambien adquiridos directamente por medio de los puertos digitales del microcontrolador, el cual tambien ha desarrollado un algoritmo para la interpretacion de estos datos y la preparacion para el envlo al dispositivo movil.

Comunicacion de dados para el telefono movil por medio de Bluetooth

Con el fin de ser capaz de comunicarse entre el modulo central electronico y el dispositivo movil, un dispositivo para transmision de datos preferiblemente se utiliza por medio de Bluetooth en el anterior, el cual se comunica preferiblemente con el microcontrolador por medio de un protocolo serial asincronico, recibiendo una trama de datos debidamente estructurada para ser interpretada por medio del software del dispositivo movil. En algunos casos especlficos, se utilizan preferiblemente modulos 802.11 (WiFi), ZigBee o radio frecuencia (433 MHz / 870 MHz), permitiendo la conexion directa con un dispositivo especifico o un PC que no tenga el protocolo de comunicacion Bluetooth, pero si WiFi.

Software de postprocesamiento y visualizacion de datos obtenidos en el calcetln

Para que sea posible visualizar por el usuario los datos generados y procesados en los modulos de hardware, se desarrollo un software para dispositivos moviles con una interfaz grafica amigable para el usuario. Este software preferiblemente esta optimizado para la plataforma Windows Mobile, pero tambien puede ser adaptado a otras plataformas, incluyendo Android, Symbian OS y iPhone OS.

La conexion/ comunicacion software - calcetln preferiblemente se establece automaticamente, siguiendo el concepto de “Enchufar y Utilizar”, requiriendo solo un emparejamiento previo con el modulo central electronico.

El software preferiblemente esta basado en el concepto de ventanas, de este modo cada una de las caracterlsticas esta agrupada por ventanas como sigue: configurar ventanas y monitorizar ventanas. Especificando, la configuracion esta relacionada con la presentacion de todos los datos relevantes para el usuario, obtenidos en el calcetln. El software de usuario - interaccion preferiblemente esta hecho a traves de los botones de navegacion sobre el dispositivo movil, pero tambien se puede hacer por medio de una pantalla tactil si el dispositivo tiene ese tipo de interfaz flsica. Esto es muy intuitivo, el usuario puede facilmente navegar a traves de todas las ventanas disponibles.

El procesamiento de datos requiere mas tiempo de procesamiento, incluyendo el desarrollo de calculos matematicos utilizados para obtener valores tales como BMI, el nivel de calorlas quemadas, el tiempo de entrenamiento o, preferiblemente esta hecho por medio del software del dispositivo movil, el cual tiene una velocidad de procesamiento mas alta que la del microcontrolador presente en el modulo central electronico.

Los calculos y los datos suministrados al usuario por medio de la interfaz del software se obtienen desde los sensores, calculados desde los sensores de datos o calculados desde el sensor de datos junto con los datos ingresados por el usuario.

Integracion de componentes en el calcetln

Para asegurar que la estructura textil completa del calcetln sea lavable de acuerdo con los estandares internacionales actuales, es necesario proceder a hacer que los sensores sean resistentes al agua y la

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encapsulacion de sensores y sistemas de conduccion de senal electricos en la estructura del calcetln.

El sensor de temperatura preferiblemente esta soldado a un PCB flexible el cual es conectado despues con el hilo conductor textil incorporado en la estructura del calcetln. El sensor de temperatura preferiblemente despues es encapsulado en una pellcula de silicona con pH neutro (grado estandar) a traves de procesos de laminacion, prensado en caliente y/o temperatura normal, o moldeado, los cuales permiten que el sensor, el PCB y las uniones con hilos conductores textiles sean resistentes al agua. Despues, este sistema preferiblemente es encapsulado entre la estructura textil del calcetln y una estructura textil de soporte, construida y constituida por medio del mismo material del calcetln, a traves de un proceso de laminacion y/o sellamiento y terminando el proceso de encapsulacion en la estructura textil.

Los contactos / electrodos de los sensores de presion preferiblemente estan conectados con un PCB flexible el cual a su vez conecta con el textil conductor integrado dentro de la estructura del calcetln, estando el sensor, el PCB y la conexion sensor - hilo conductor textil preferiblemente encapsulados en una pellcula de silicona con pH neutro (grado estandar) a traves de procesos de laminacion, prensado en caliente y/o temperatura normal, o moldeado los cuales permiten que el sensor, y las uniones con hilos conductores textiles sean resistentes al agua. Subsecuentemente este sistema preferiblemente esta encapsulado entre la estructura textil del calcetln y una estructura de soporte textil, construida y constituida por medio del mismo material del calcetln, a traves de procesos de laminacion/o sellamiento y terminando el proceso de encapsulacion en la estructura textil.

Fue seleccionado un hilo conductor textil que se puede tejer por medio de procesos de tejido de punto convencionales, tales como el hilo conductor utilizado para conducir la senal del sensor a la banda elastica y / o el hilo conductor encapsulado, el cual despues gula la senal del sensor digital integrada dentro del calcetln al hardware / modulo de control. Preferiblemente el hilo seleccionado esta encapsulado y es resistente al agua, permitiendo que el calcetln sea lavable. El hilo preferiblemente esta integrado dentro de la estructura del calcetln a traves de procesos de tejido convencionales y siguiendo un patron preferiblemente de tres o mas cursos de senales de conduccion entre los sensores y las bandas conductoras / hilos conductores de senal encapsulados al hardware. Este hilo preferiblemente esta soldado a los contactos de un PCB y despues los contactos de los sensores de presion, y soldado a los contactos PCB del sensor de temperatura, y subsecuentemente siendo soldado a los contactos de la banda conductora / hilo encapsulado.

Los hilos conductores que se pueden tejer preferiblemente estan conectados con una banda elastica que tiene el mismo numero de hilos conductores en el calcetln tejido. El proposito de la banda es conducir la senal electrica desde los sensores hacia el modulo central. Siendo uno de los extremos preferiblemente soldado y hecho resistente al agua al hilo tejido en el calcetln a traves de los procesos mencionados arriba, el otro extremo esta enchufado a un conector que hara la interfaz entre la banda elastica y el modulo central electronico. El conector estandar utilizado preferiblemente es el MINI o MICRO-USB siendo utilizado principalmente en los dispositivos electronicos para consumidores, permitiendo cargar facilmente el dispositivo electronico a traves de un puerto USB en un PC.

Puede utilizarse otros conectores, pines, o conectores de “Enchufar y Utilizar” dependiendo del tipo de banda elastica utilizada, o el reemplazo de la misma, o un cable conductor.

Todos los elementos electronicos estan preferiblemente encapsulados en una caja siendo necesaria su remocion antes de lavar el calcetln, si la caja no es resistente al agua/ lavable. La caja preferiblemente esta asegurada a una banda elastica, la cual es asegurada al tobillo del usuario, entonces se prefiere que la banda elastica abrace el tobillo y sea adherida por medio de Velcro. Esta solucion permite un retiro facil de los elementos electronicos y evita que se olvide retirarlos antes del lavado, siendo una alternativa la fijacion directa del modulo electronico al calcetln a traves de conectores click como es visible en la figura 3.

Encapsulacion del sensor de presion (Fig. 4)

- El sensor (3) de presion esta basado en la tecnologla FSR (Resistor Sensible a Fuerza);

- El sensor esta compuesto de diferentes capas: capa (5) protectora, capa (6) activa, espaciador (7), electrodos (10) impresos y sustrato (8) plastico;

- El espaciador permite que el trabajo resistente / fuerte del sensor (3) de presion, tenga un ventilador de aire en el extremo;

- Se prefiere una encapsulacion (9) polimerica sobre el sensor, para tener unos dispositivos duraderos, lavables y resistentes a la tension de cizallamiento (fuerzas de corte).

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Problemas:

- Aun cuando el sensor tiene un espaciador (7) con un ventilador de aire en la extremidad, el proceso de encapsulacion del sensor bloquea el ventilador de aire;

- Si el ventilador de aire esta bloqueado, el sistema es lavable;

- Pero, si el ventilador esta bloqueado, el sensor (3) no se comportara correctamente cuando las presiones sean aplicadas consecutivamente sobre el, debido a que se causa un vaclo y el espacio vaclo entre el area (6) activa y los electrodos (10) impresos desaparece;

- Es necesario un sensor encapsulado lavable que responda a presion consecutiva correctamente y evite la creacion de un vaclo entre las capas del area (6) activa y los electrodos (10) impresos.

Solucion:

- El proceso de encapsulacion fue hecho con un molde para aplicar una resina (9) epoxica (preferiblemente 3M Scotch-Weld DP 190) sobre la frontera con el sensor (4);

- El proceso de curacion se alcanza por medio de un horno a 60 °C por alrededor de dos horas;

- La resina (4) epoxica alcanza una porosidad aceptable despues de la curacion;

- La porosidad permite que el aire entre dentro del sensor, y previene el ingreso de agua.

Conexion “Sensor - hilo conductor” (Fig. 5)

Caracterlsticas:

- El extremo del sensor flexible permite la conexion con hilos conductores, preferiblemente por medio de soldadura. Problemas:

- El hilo (3) conductor utilizado para soldar a los sensores de electrodos es altamente flexible;

- El hilo (3) conductor deberla permitir soldadura;

- El area (5) de soldadura, despues del proceso de soldadura, se vuelve rlgido y por lo tanto fragil;

- Las fuerzas de traccion en el producto final (el calcetln se basa en un textil extensible y elastico) son los principales problemas para la estabilidad de la region soldada;

- El hilo (3) conductor deberla ser lavable;

- El hilo (3) conductor deberla poder ser tejido.

Solucion:

- Tras una evaluacion extensiva de diversos hilos, se concluye que el mejor hilo (3) conductor para esta solicitud, que corresponde con las caracterlsticas deseadas preferiblemente es NOVONIC y tiene las siguientes caracterlsticas preferidas: Cu / Ag 0.04 mm y poliester textil dtex 50/24/1 - 3 ohm/ metro;

- El mejoramiento del proceso de soldadura fue hecho, cambiando el camino del hilo (3) conductor a traves de la cola del sensor (1);

- El hilo (3) conductor entra en contacto lateralmente con la cola del sensor (1) y viaja a traves de la cola del sensor hasta los terminales (4);

- La soldadura solamente se hace en el extremo de la cola del sensor, en donde el hilo conductor esta conectado a los sensores terminales;

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- El area (5) soldada es entonces preferiblemente encapsulada con una resina (2) epoxica (preferiblemente 3M Scotch-Weld DP 190);

- El area (5) soldada es de este modo protegida de las fuerzas disruptivas y de traccion, y los hilos (3) conductores mantienen su flexibilidad para ser incrustados dentro del sustrato textil.

- La conexion entre el hilo conductor y el sensor de este modo se vuelve robusta.

Conexion “hilo conductor - bus” (Fig. 6)

Caracterlsticas:

- La conexion entre el hilo conductor y el bus de datos esta hecha por medio de soldadura;

- El bus de datos preferiblemente esta compuesto de 3 o 4 hilos, y esta basado en el ya mencionado hilo conductor para la conexion con el sensor;

- El hilo conductor esta incrustado en la tela, preferiblemente tejido o tejido de punto;

- El hilo preferiblemente es NOVONIC y tiene las siguientes caracterlsticas: Cu / Ag 0.04 mm y poliester textil dtex 50/24/1 - 3 ohm/ metro.

Problemas:

- El hilo es altamente flexible y el area de soldadura, despues del proceso de soldadura, se vuelve rlgida y por lo tanto fragil;

- La conexion entre los componentes rlgidos y flexibles, usualmente resulta en acoplamientos debiles e inestables;

- Dado que los hilos conductores estan incrustados en la tela, estos deben no solo ser flexibles sino tambien elasticos / extensibles. Solucion:

- El hilo conductor desde el sensor (5) va a traves del sector (6) textil en forma (3) de zigzag, para permitir flexibilidad cuando la malla es estrechada;

- Cuando el hilo alcanza el bus de datos, se hace un bucle / anillo (1);

- El hilo del bus de datos tambien se traza para crear un bucle (1);

- La soldadura se hace en la parte superior del bucle del hilo del bus (2) de datos;

- Una encapsulacion con resina epoxica se hace sobre el area (4) soldada.

Proteccion de un sensor (Fig. 7)

Caracterlsticas:

- El sensor (3) puede ser de diversos tipos y para diversas medidas, y es incorporado en un sustrato (1) de tela. Problemas:

- A medida que el sensor (3) sea de plastico y ligeramente tridimensional, por ejemplo tiene un grosor insignificante, la integracion (1) de tela resulta en dos superficies muy diferentes, incluyendo sus grosores;

- Una o mas de la mayorla de aplicaciones de la presente invencion involucra el uso de tela cerca de la piel;

- La superficie plastica del sensor puede no ser comoda para el usuario;

- Los bordes del sensor pueden causar lesiones en la piel, debido primero a la forma tridimensional y debido a que puede estar ocurriendo un contacto directo y regular;

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- El sensor, como un todo, no es resistente y lavable. Solucion:

- Para proteger del agua, tanto la superficie como el fondo del sensor, se aplica un adhesivo (2) de silicona que es resistente al agua y transpirable.

- El adhesivo (2) de silicona en el fondo permite un proceso de laminacion del sensor (3) en la tela (1);

- El adhesivo (2) de silicona en la parte superior permite un proceso de laminacion del sensor en una malla (4) de proteccion;

- La malla (4) preferiblemente esta en Jersey, con una base preferiblemente en poliamida (98%) y licra (2%);

- El adhesivo (2) de silicona protege todo el sensor (3) del agua y sus areas de soldadura, y permite que entre el aire, para evitar el efecto de vaclo en la capa interior del sensor.

Banda conductora de conexion (Fig. 8)

Caracterlsticas:

- La banda (1) conductora de conexion conecta los hilos (2) conductores del bus de datos del calcetln y el conector

(4), preferiblemente USB (mini o micro), como una manera de permitir que los hilos (2) conductores viajen.

Problemas:

- El bus de datos, que consiste de varios hilos (2), necesita conectarse con un conector (4) USB;

- La conexion entre los hilos (2) flexibles y un modulo rlgido, como un conector (4) USB, debe ser robusta y estetica. Solucion:

- Los hilos (2) conductores son flexibles para permitir su proteccion contra fuerzas mecanicas, son incorporados en una banda (1) conductora de conexion textil;

- La banda (1) textil tiene “tuneles” a traves de los cuales los hilos (2) conductores pueden pasar;

- La banda textil se convierte en una banda (1) conductora con la integracion de hilos (2) conductores a traves de ella;

- El conector (4), preferiblemente USB, se fija por medio de un proceso (5) de soldadura sobre la banda (1) conductora de conexion para permitir la conectividad;

- Despues de la conexion (5), el moldeado por inyeccion se hace para crear una encapsulacion (3) robusta y estetica y la conexion se protege de este modo.

Descripcion de las Figuras

Para un entendimiento mas facil de la invencion se adjuntan las figuras, las cuales representan las realizaciones preferidas de la invencion, sin embargo, no buscan limitar el alcance de esta invencion.

Figura 1: Representacion esquematica de los datos recolectados y en donde:

(1) representa el Indice de masa corporal,

(2) representa el peso del usuario,

(3) representa la cantidad de calorlas consumidas en el tiempo total del entrenamiento,

(4) representa el tiempo del entrenamiento,

(5) representa las calorlas consumidas por segundo,

(6) representa la velocidad actual de viaje,

(7) representa el seguimiento del rastreador GPS,

(8) representa la distancia recorrida,

(9) representa el conteo de pasos,

5 (10) representa el registro historico de datos, y

(11) representa la calibracion y medicion de la masa corporal en movimiento.

Figura 2: Representacion esquematica de los modulos principales del sistema de monitorizacion en donde

(1) representa el sensor de temperatura,

(2) representa el sensor de presion,

10 (3) representa el sensor de latido del corazon,

(4) representa el condicionamiento de senal analoga,

(5) representa el procesamiento y tratamiento de los datos,

(6) representa la energla y monitorizacion de la carga,

(7) representa la interfaz para la comunicacion de datos inalambrica, por ejemplo movil por medio de Bluetooth,

15 (8) representa el postprocesamiento y la visualizacion de los datos,

(9) representa una comunicacion de datos inalambrica, por ejemplo Bluetooth.

Figura 3: Representacion esquematica de la invencion en donde

(1) representa el sensor de temperatura,

(2) representa la tabla de soporte de PCB,

20 (3) representa los hilos conductores,

(4) representa los hilos conductores en zigzag,

(5) representa el sensor de presion,

(6) representa hilos conductores,

(7) representa un bus de datos,

25 (8) representa una banda conectora de conexion,

(9) representa un conector, por ejemplo USB,

(10) representa una banda elastica,

(11) representa una caja para elementos electronicos,

(12) representa una conexion inalambrica,

30 (13) representa un LED,

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(14) representa un boton, por ejemplo encendido / apagado, y

(15) representa un dispositivo movil, por ejemplo un telefono inteligente.

Figura 4: Representacion esquematica de la encapsulacion y conexion del sensor de presion en donde

(1) representa los terminales de sensor,

(2) representa la cola del sensor,

(3) representa el sensor de presion,

(4) representa la resina epoxica,

(5) representa el material de proteccion,

(6) representa el area activa del sensor,

(7) representa un espaciador,

(8) representa el sustrato plastico,

(9) representa la resina epoxica,

(10) representa electrodos.

Figura 5: Representacion esquematica de la conexion entre la banda conductora y un sensor en donde

(1) representa la cola del sensor,

(2) representa resina epoxica,

(3) representa hilo conductor,

(4) representa el detalle terminal,

(5) representa la soldadura, y

(6) representa el terminal del sensor.

Figura 6: Representacion esquematica de la conexion entre el bus conductor y los hilos conductores en donde

(1) representa bucles o anillos de hilo conductor,

(2) representa la soldadura,

(3) representa los hilos conductores en zigzag,

(4) representa resina epoxica,

(5) representa el sensor de presion, y

(6) representa el textil.

Figura 7: Representacion esquematica del sensor de proteccion en donde

(1) representa el textil,

(2) representa un adhesivo de silicona,

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(3) representa un sensor, y

(4) representa el tejido.

Figura 8: Representacion esquematica de la banda conductora en donde

(1) representa la banda conductora de conexion,

(2) representa hilos conductores,

(3) representa la encapsulacion,

(4) representa el conector, por ejemplo USB,

(5) representa la soldadura.

Encapsulacion del sensor de presion (Fig. 4)

Problemas:

- Si el ventilador de aire esta bloqueado, el sistema es lavable;

Solucion:

- El proceso de encapsulacion fue hecho con un molde para aplicar una resina (9) epoxica (preferiblemente 3M Scotch-Weld DP 190) sobre el borde con el sensor (4);

- La resina (4) epoxica alcanza una porosidad aceptable despues de la curacion;

Conexion “Sensor - hilo conductor” (Fig. 5)

Caracterlsticas:

- El extremo del sensor flexible permite la conexion con hilos conductores, preferiblemente por medio de soldadura.

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35

Problemas:

- El hilo (3) conductor deberia permitir soldadura;

- El area (5) de soldadura, despues del proceso de soldadura, se vuelve rigida y por lo tanto fragil;

- Las fuerzas de traccion en el producto final (el calcetin se basa en un textil extensible y elastico) son los principales problemas para la estabilidad de la region soldada;

- El hilo (3) conductor deberia ser lavable;

- El hilo (3) conductor deberia poder ser tejido.

Solucion:

- Tras una evaluacion extensiva de diversos hilos, se concluye que el mejor hilo (3) conductor para esta solicitud, que corresponde con las caracteristicas deseadas preferiblemente es NOVONIC y tiene las siguientes caracteristicas preferidas: Cu / Ag 0.04 mm y poliester textil dtex 50/24/1 - 3 ohm/ metro;

- El area (5) soldada es entonces preferiblemente encapsulada con una resina (2) epoxica (preferiblemente 3M Scotch-Weld DP 190) ;

- El area (5) soldada es de este modo protegida de las fuerzas disruptivas y de traccion, y los hilos (3) conductores mantienen su flexibilidad para ser incrustados dentro del sustrato textil:

Conexion “hilo conductor - bus” (Fig. 6)

Caracteristicas:

- El bus de datos preferiblemente esta compuesto por 3 o 4 hilos, y esta basado en el ya mencionado hilo conductor para la conexion con el sensor;

- El hilo preferiblemente es NOVONIC y tiene las siguientes caracteristicas: Cu / Ag 0.04 mm y poliester textil dtex 50/24/1 - 3 ohm/ metro.

Problemas:

- El hilo es altamente flexible y el area de soldadura, despues del proceso de soldadura, se vuelve rigida y por lo tanto fragil;

- La conexion entre los componentes rigidos y flexibles, usualmente resulta en acoplamientos debiles e inestables;

- Dado que los hilos conductores estan incrustados en la tela, estos deben no solo ser flexibles sino tambien

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elasticos / extensibles.

Solucion:

- Cuando el hilo alcanza el bus de datos, se hace un bucle / anillo (1);

- El hilo del bus de datos tambien se traza para crear un bucle (1);

- Una encapsulacion con resina epoxica se hace sobre el area (4) soldada;

Proteccion de un sensor (Fig. 7)

Caracterlsticas:

- A medida que el sensor (3) sea de plastico y ligeramente tridimensional, por ejemplo tenga un grosor insignificante, la integracion (1) de tela resulta en dos superficies muy diferentes, incluyendo sus grosores;

- La superficie plastica del sensor puede no ser comoda para el usuario;

- Los bordes del sensor pueden causar lesiones en la piel, primero debido a la forma tridimensional y puesto que puede estar ocurriendo un contacto directo y regular;

- El sensor, como un todo, no es resistente y lavable.

Solucion:

- Para proteger del agua, tanto la superficie como el fondo del sensor, se aplica un adhesivo (2) de silicona que es resistente al agua y transpirable;

Banda conductora de conexion (Fig. 8)

Caracterlsticas:

- La banda (1) conductora de conexion conecta los hilos (2) conductores del bus de datos del calcetln y el conector (4), preferiblemente USB (mini o micro), como una manera de permitir que los hilos (2) conductores viajen.

Problemas:

5 - La banda (1) textil tiene “tuneles” a traves de los cuales los hilos (2) conductores pueden pasar;

- La banda textil se convierte en una banda (1) conductora con la integracion de hilos (2) conductores a traves de esta;

10 - Despues de la conexion (5), el moldeado por inyeccion se hace para crear una encapsulacion (3) robusta y

estetica y la conexion se protege de este modo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Caicetln para monitorizacion biometrica integrada que comprende:

- caicetln con un bus (7) de datos que comprende uno o mas hiios (3) conductores tejidos dentro dei caicetln;

- uno o mas sensores (1, 5) biometricos;

caracterizado porque ios hiios conductores estan encapsuiados e hiios resistentes ai agua son tejidos verticaimente a io iargo dei caicetln y cada sensor comprende encapsuiacion epoxica porosa y proteccion por medio de adhesivo de siiicona, en donde ei adhesivo de siiicona es resistente ai agua y transpirabie.
2. Caicetln de acuerdo con ia reivindicacion 1, en donde ei caicetln ademas comprende un dispositivo (11) procesador de datos, una banda (8) conductora de conexion a traves de ia cuai se hace una conexion con ei bus (7) de datos, y una interfaz (12) inaiambrica a un dispositivo (15) movii.
3. Caicetln de acuerdo con ia reivindicacion previa, en donde ei dispositivo (11) procesador de datos comprende uno o mas indicadores (13) visuaies LED y uno o mas botones (14), en donde ei uno o mas botones comprende un interruptor de encendido / apagado.
4. Caicetln de acuerdo con cuaiquiera de ias reivindicaciones previas, en donde ei uno o mas sensores biometricos comprende un sensor (5) de presion y un sensor (1) de temperatura.
5. Caicetln de acuerdo con cuaiquiera de ias reivindicaciones previas, en donde ei uno o mas sensores biometricos comprende conexiones con ei bus (7) de datos a traves de hiios conductores en zigzag.
6. Caicetln de acuerdo con cuaiquiera de ias reivindicaciones previas, en donde ei uno o mas sensores biometricos comprende conexiones con ei bus (7) de datos a traves de una soidadura sobre ia coia dei sensor.
7. Caicetln de acuerdo con cuaiquiera de ias reivindicaciones previas, en donde ei uno o mas sensores biometricos comprende una base fiexibie, de piaca de circuito impreso.
8. Caicetln de acuerdo con cuaiquier reivindicacion 2, en donde ei uno o mas sensores biometricos y ei dispositivo procesador de datos estan configurados para una o mas de ias siguientes: para medir ei Indice de masa corporai, ei peso dei usuario, ia cantidad de caiorlas consumidas en ei tiempo totai de entrenamiento, tiempo de entrenamiento, caiorlas quemadas por segundo, o veiocidad instantanea dei recorrido; para monitorizar un rastreador GPS, distancia dei recorrido, o conteo de pasos; para grabar datos historicos o caiibracion y medicion de ia masa corporai en movimiento.